[發明專利]一種中碳鋼表面碳氮共滲改性層及其制備方法

有效

• 申請號: 202011252899.8
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112359385B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 應麗霞;謝越;聶重陽;吳云龍;王迪;孫澤賢;王桂香
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: C25D11/00
• 分類號: C25D11/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 鄧宇

本發明公開了一種中碳鋼表面碳氮共滲改性層及其制備方法，屬于鋼鐵表面處理技術領域。本發明解決了現有陽極液相等離子體滲透電解初期，電流過大易過載，不利于反應時工件溫度控制的問題。本發明將尿素溶解在去離子水形成碳氮源溶液，再取氯化銨顆粒加入到去離子水中形成導電鹽溶液。將碳氮源溶液與導電鹽溶液混合形成復合電解液，然后將中碳鋼金屬試樣在復合電解液中進行電解，在其表面快速生成碳氮共滲改性層。本發明將金屬試樣作為陽極，利用陽極液相等離子體滲透技術，提高碳氮元素的滲透效率。通過高電壓誘發等離子體輝光放電，促使活性碳氮原子轟擊金屬表面，最終制備出性能優異的表面碳氮共滲改性層。

技術領域

本發明涉及一種中碳鋼表面碳氮共滲改性層及其制備方法，屬于鋼鐵表面處理技術領域。

背景技術

鋼鐵作為當今工業生產中消耗量最大，應用最廣泛的金屬材料，其具有較高的強度，優異的塑性和韌性，且資源豐富，其產量往往能衡量一個國家的工業化程度。而75％以上的機械零件是由于過度的摩擦磨損以及腐蝕導致報廢的。為了提高鋼鐵材料的耐磨和耐腐蝕性，常常對鋼鐵表面進行滲氮、滲碳、碳氮共滲等處理，但是傳統的處理方法面臨許多問題，如處理過程消耗時間過長、工件易變形、工藝復雜、設備昂貴等。

液相等離子體滲透是一種新型的鋼鐵表面改性技術，該技術是在一個開放的大氣環境下，于特定的電解液體系內完成的。試樣在完成滲透處理后，可直接在電解液中淬火，并且在滲透處理過程中，工件的加熱率高達100°/s，其加熱速度可幫助我們在實驗中避免晶粒的生長以及材料性能的惡化，在短時間內便可獲得高硬度、耐磨、耐腐蝕的滲透改性層。

液相等離子體滲透包括陽極液相等離子體滲透技術和陰極液相等離子體滲透技術，陽極液相等離子體滲透技術與陰極液相等離子體滲透技術相比，具有很多優勢，如電解液毒性小、污染小、滲透性更好等。陽極液相等離子體滲透由于陽極氧化作用會形成氧化膜，其膜孔在一定程度上促進了間隙原子的滲透。且陽極液相等離子體滲透過程中，由于陽極溶解作用的存在，會大大降低試樣表面的光潔度。但由于現有陽極液相等離子體滲透過程中工件的電流過大，不利于反應溫度的控制，且反應的試驗機理較復雜，成功率較低。因此提供一種中碳鋼表面碳氮共滲改性層及其陽極液相等離子體滲透制備方法是十分必要的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有良好摩擦學性能，如耐磨損及低摩擦系數、高顯微硬度、結合牢固、膜層均勻性較好的復合滲碳滲氮改性層。

本發明的目的還在于提供一種復合滲碳滲氮改性層的電鍍形成方法。

一種中碳鋼表面碳氮共滲改性層的制備方法，該方法包括以下步驟：

步驟一，將尿素顆粒加入到50℃左右的去離子水中，恒溫攪拌，形成碳氮源溶液；

步驟二，將氯化銨顆粒加入到去離子水中，室溫攪拌，形成導電鹽溶液；

步驟三，將步驟一獲得的碳氮源溶液和步驟二獲得的導電鹽溶液混合，并置于50℃水浴鍋中，獲得復合電解液；

步驟四，將金屬樣品放入復合電解液作為陽極，不銹鋼作為陰極，采用陽極液相等離子體滲透方式進行電解處理，在金屬樣品表面生成碳氮共滲改性層。

進一步地，步驟三中復合電解液中尿素的質量分數為10％～40％。

進一步地，步驟三中復合電解液中氯化銨的質量分數為3％～9％。

進一步地，電解處理的工藝條件為：溫度為50℃～100℃，電流形式為直流，電流為1A～10A，電壓為250V～300V。

進一步地，電解處理的具體操作過程為：在電解開始前，將金屬樣品與電解液接觸面積為1mm²～2mm²，通電后提高電壓，放電產生后，將金屬樣品以1mm/s的速度直至其完全沒入電解液中，繼續提高電壓直至形成輝光放電。