[發(fā)明專(zhuān)利]一種300M鋼表面耐磨碳氮共滲層及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011608301.4
• 申請(qǐng)日: 2020-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112795865A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁文萍;尹孟娟;繆強(qiáng);左士偉;于海洋;林浩;程家樂(lè);劉陽(yáng)陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C23C8/38
• 分類(lèi)號(hào): C23C8/38
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 殷星

1.一種300M鋼表面耐磨碳氮共滲層，其特征在于：采用雙層輝光等離子技術(shù)制備滲入300M低合金超高強(qiáng)度鋼表面的涂層，所述涂層為梯度結(jié)構(gòu)，涂層表面為碳氮共滲層，厚度為100～110μm，表面硬度為700HV_0.5，所述碳氮共滲層的相由γ′Fe₄(C,N),ε-Fe₃(C,N)和CrN組成，最外層為碳氮沉積層，中間層為碳氮外擴(kuò)散層，內(nèi)部為碳氮互擴(kuò)散層，最外層碳氮沉積層的截面形貌呈少量鋸齒狀微凸起結(jié)構(gòu)，沉積層表面為均勻致密的平面結(jié)構(gòu)；碳氮外擴(kuò)散層中氮元素及碳元素均呈向外擴(kuò)散趨勢(shì)，滲層截面形貌均勻致密；在碳氮互擴(kuò)散層中氮元素向外富集，從表層到基體氮元素呈下降趨勢(shì)，而碳元素向內(nèi)擴(kuò)散，滲層均勻致密。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種300M鋼表面耐磨碳氮共滲層，其特征在于：所述碳氮共滲層的厚度為105μm。

3.基于權(quán)利要求1所述的一種300M鋼表面耐磨碳氮共滲層的制備方法，其特征在于：包括如下步驟

步驟1，基體材料預(yù)處理

首先將300M鋼加工成尺寸為15mm×15mm×5mm的試樣，再依次用150#、400#、800#、1200#、2000#防水砂紙打磨后放入拋光機(jī)上打磨成鏡面，最后放入盛有無(wú)水乙醇的燒杯中進(jìn)行超聲波清洗，吹干備用;

步驟2，填裝樣品

試樣裝爐前用砂紙打磨爐體內(nèi)壁和實(shí)驗(yàn)靶材，然后用酒精擦拭以去除表層雜質(zhì)，將預(yù)處理后的試樣和高純石墨靶裝入雙層輝光等離子爐內(nèi)，300M鋼置于正對(duì)靶材的基臺(tái)上作為陰極，石墨靶材作為源極，以氬氣為主要電離氣體，氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣體;

步驟3，降低真空度

關(guān)閉雙層輝光等離子爐體，開(kāi)啟機(jī)械泵，當(dāng)真空室內(nèi)氣體氣壓抽至0.1Pa時(shí)，打開(kāi)氬氣瓶閥門(mén)，調(diào)節(jié)氬氣流量，持續(xù)通入氬氣進(jìn)行氣體清洗10分鐘;

步驟4，起輝濺射

開(kāi)啟偏壓電源柜預(yù)熱電源15分鐘，起輝時(shí)調(diào)節(jié)工件電壓至500V，進(jìn)行10分鐘工件表面清洗；

步驟5，雙層輝光等離子方法制備碳氮共滲層

將石墨靶材和300M鋼的距離控制在12～16mm，調(diào)節(jié)雙層輝光等離子爐體內(nèi)的氣壓至35Pa, 源極電壓控制在950～1000V，陰極電壓控制在500～550V，濺射時(shí)間為4～6h，然后在碳氮共滲氛圍里進(jìn)行碳氮共滲提高沉積層和基體的結(jié)合力，其中氮?dú)夂蜌鍤獾牧髁勘戎禐?～3,石墨靶材為直徑100mm,厚4mm的圓盤(pán)多孔蜂窩狀材料，快速加熱工件至850℃-900℃，然后持續(xù)保持穩(wěn)定直至試驗(yàn)結(jié)束，從而得到碳氮共滲層；

步驟6，保溫出爐

達(dá)到保溫時(shí)間后，開(kāi)始緩慢降壓，陰極電壓調(diào)節(jié)幅度為：5V、10V、15V，降至300V后直接調(diào)至0；源極電壓調(diào)節(jié)幅度為：10V、20V、30V降至300V后直接關(guān)閉至0，2h后關(guān)閉循環(huán)水，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。