專利名稱：一種奧氏體不銹鋼離子氮化催滲工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬表面改性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種奧氏體不銹鋼離子氮化催滲工藝。
背景技術(shù)：
離子滲氮是一種將氮原子滲入金屬表層使金屬表面改變化學(xué)成分和顯微結(jié)構(gòu)的離子化學(xué)熱處理工藝。經(jīng)過離子滲氮后的工件表面，可以形成一層致密的化合物層，這種化合物層具有較高的硬度和表面耐磨性，可以大大提高金屬工件的使用壽命，因此得到了廣泛的應(yīng)用。奧氏體不銹鋼是由于表面硬度低耐磨性差，使用范圍受到了很大的限制。目前已 有研究探索將離子滲氮應(yīng)用于奧氏體不銹鋼以提高其表面硬度和耐磨性，并取得了良好的效果。由于奧氏體不銹鋼含有大量的合金元素，在滲氮過程中，合金元素的存在往往會阻礙氮原子的滲入，因此目前奧氏體不銹鋼表面氮化還面臨著滲層深度不足的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種滲氮速度快，表面質(zhì)量好的奧氏體不銹鋼復(fù)合處理工藝。本發(fā)明的工藝流程為工件表面預(yù)處理一表面預(yù)氧化一離子滲氮實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種奧氏體不銹鋼離子氮化催滲工藝；其特征在于該工藝包括以下步驟(I)將不銹鋼工件表面依次用320IT1200#的SiC砂紙磨平，再用Cr2O拋光粉拋光至鏡面；(2)用無水乙醇或丙酮對不銹鋼工件進行5min以上的超聲波清洗，去除工件表面油污和雜質(zhì)，干燥后待用；( 3 )對不銹鋼工件進行預(yù)氧化處理；(4)待不銹鋼工件冷卻后，將其放入離子氮化爐內(nèi)，通入經(jīng)過干燥后的氫氣，然后起輝升溫，待達到一定溫度后，通入氮氣，調(diào)節(jié)氮氣和氫氣比例；(5)待爐內(nèi)達到一定溫度和壓力后開始計時，保溫一定時間；(6)保溫時間到達以后，關(guān)閉離子氮化爐，并關(guān)閉氮氣進氣閥，繼續(xù)通入氫氣；(7)待爐內(nèi)溫度下降至10(T20(TC時，停止通入氫氣；上述技術(shù)方案，預(yù)氧化加熱溫度為30(T350°C，保溫時間為3(T60min。上述技術(shù)方案,氮氣和氫氣比例為1:廣1:5，滲氮時爐內(nèi)壓力為10(T500Pa，滲氮溫度為38(T580°C，滲氮時間為2 I Oh。采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下積極的效果(I)本發(fā)明工藝將工件拋光至鏡面，可使?jié)B氮后表面滲層更均勻，與基體結(jié)合更牢固，不易脫落，提高滲層質(zhì)量；
(2)滲氮前預(yù)氧化處理，可使工件表面產(chǎn)生輕度氧化，表面形成微孔，人為的增加了表面缺陷，使工件表面形成更多的懸鍵，位錯露頭，臺階等。從而產(chǎn)生更多的活化中心，增加活性氮原子的吸附機率和吸附量，進一步加快滲氮過程，減少滲氮時間，同樣條件下降低滲氮溫度，從而達到節(jié)能環(huán)保的目的；(3)本發(fā)明工藝滲氮氣體采用氫氣和氮氣的混合氣體，可通過調(diào)節(jié)兩者比例，得到不同物相的化合物層，或只含擴散層而無化合物層的滲層組織，從而滿足不同工況需求；(4)本發(fā)明工藝滲氮結(jié)束后繼續(xù)通入一定時間的氫氣，即可加快冷卻速度，從而縮短生產(chǎn)工藝周期，又可使工件在氫氣保護氣氛下冷卻，防止工件表面氧化變黑，從而提高表面外觀質(zhì)量。
經(jīng)過預(yù)氧化和離子氮化處理后的奧氏體不銹鋼，其表面形成了一層致密的化合物層，有效地提高了不銹鋼表面的硬度和耐磨性。與常規(guī)的離子氮化工藝相比，本發(fā)明可以獲得滲層深度更深的化合物層，同時，獲得了比經(jīng)過常規(guī)離子氮化后的不銹鋼更為平緩的表面硬度梯度，經(jīng)過耐磨性測試，經(jīng)本發(fā)明處理后的不銹鋼表面耐磨性比未經(jīng)處理的不銹鋼表面耐磨性提高10倍左右，比經(jīng)過常規(guī)離子氮化處理后的不銹鋼表面耐磨性提高1. 5倍左右。


為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明，其中圖1為經(jīng)過復(fù)合處理的不銹鋼表面形貌；圖2為僅經(jīng)過離子氮化處理后的不銹鋼表面形貌；圖3為經(jīng)過不同處理后的不銹鋼截面硬度曲線圖；圖4為經(jīng)過不同處理后的不銹鋼表面摩擦系數(shù)；圖5為經(jīng)過不同處理后的不銹鋼表面磨損失重。
具體實施例方式(實施例1)一種奧氏體不銹鋼離子氮化催滲工藝；其特征在于該工藝包括以下步驟(I)將不銹鋼工件表面依次用320IT1200#的SiC砂紙磨平，再用Cr2O拋光粉拋光至鏡面；(2)用無水乙醇或丙酮對不銹鋼工件進行5min以上的超聲波清洗，去除工件表面油污和雜質(zhì)，干燥后待用；(3)對不銹鋼工件進行預(yù)氧化處理，預(yù)氧化溫度為350°C ;保溫時間為40min ；(4)待不銹鋼工件冷卻后，將其放入離子氮化爐內(nèi)，通入經(jīng)過干燥后的氫氣，然后起輝升溫，待達到500°C后，通入氮氣，調(diào)節(jié)氮氣和氫氣比例為1:3 ;隨后開始計時；(5)保溫時間到達8小時后，關(guān)閉離子氮化爐，并關(guān)閉氮氣進氣閥，繼續(xù)通入氫氣；(6)待爐內(nèi)溫度下降至10(T20(TC時，停止通入氫氣；圖1為經(jīng)過復(fù)合處理的不銹鋼表面形貌，圖2為僅經(jīng)過離子氮化處理后的不銹鋼表面形貌。比較圖1和圖2可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過處理后的奧氏體不銹鋼表面后產(chǎn)生了一層致密的白亮層(化合物層)，其中，經(jīng)過復(fù)合處理后的304不銹鋼表面滲層厚度明顯高于僅經(jīng)過離子滲氮處理后的不銹鋼表面滲層。這說明，預(yù)氧化對離子氮化起到了良好的促進作用。圖3是經(jīng)過不同處理后的不銹鋼截面硬度曲線圖。從圖中可以看出，經(jīng)過離子滲氮和復(fù)合處理后的試樣，表面硬度明顯提高，比原始試樣的表面硬度提高5倍以上，且硬度曲線比較平緩。比較離子氮化和復(fù)合處理試樣截面硬度曲線的差別可以得出，兩種不同處理方式處理后的不銹鋼表面硬度相近，但經(jīng)過復(fù)合處理后的304不銹鋼試樣的硬度梯度更為平緩，這可以使304不銹鋼表面滲層和基體結(jié)合更緊密，并提高304不銹鋼的表面耐磨性。圖4是是304不銹鋼原始試樣、離子氮化的的304和經(jīng)預(yù)氧化+離子氮化處理后的304不銹鋼試樣和GCrl5對磨測出的摩擦系數(shù)曲線。從圖中可以看出，經(jīng)過氮化處理后的304不銹鋼試樣的摩擦系數(shù)明顯低于未經(jīng)處理的304不銹鋼試樣。而經(jīng)過預(yù)氧化+離子氮化處理的不銹鋼試樣的摩擦系數(shù)進一步降低。 圖5是與圖4對應(yīng)樣品的磨損失重，從圖中可以看出，未經(jīng)處理的試樣磨損失重最多。經(jīng)過預(yù)氧化+離子氮化處理后的不銹鋼試樣表面失重最小。其中，經(jīng)過預(yù)氧化+離子氮化處理后不銹鋼表面耐磨性比未經(jīng)處理的不銹鋼表面耐磨性提高10倍左右，比經(jīng)過常規(guī)離子氮化處理后的不銹鋼表面耐磨性提高1. 5倍左右。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種奧氏體不銹鋼離子氮化催滲工藝；其特征在于該工藝包括以下步驟(1)將不銹鋼工件表面依次用320iTl200#的SiC砂紙磨平，再用Cr2O拋光粉拋光至鏡面；(2)用無水乙醇或丙酮對不銹鋼工件進行5min以上的超聲波清洗，去除工件表面油污和雜質(zhì)，干燥后待用；(3)對不銹鋼工件進行預(yù)氧化處理；(4)待不銹鋼工件冷卻后，將其放入離子氮化爐內(nèi)，通入經(jīng)過干燥后的氫氣，然后起輝升溫，待達到一定溫度后，通入氮氣，調(diào)節(jié)氮氣和氫氣比例；(5)待爐內(nèi)達到一定溫度和壓力后開始計時，保溫一定時間；(6)保溫時間到達以后，關(guān)閉離子氮化爐，并關(guān)閉氮氣進氣閥，繼續(xù)通入氫氣；(7)待爐內(nèi)溫度下降至10(T20(TC時，停止通入氫氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的奧氏體不銹鋼離子氮化催滲工藝，其特征在于預(yù)氧化加熱溫度為30(T350°C，保溫時間為3(T60min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的奧氏體不銹鋼離子氮化催滲工藝，其特征在于氮氣和氫氣比例為1:1 1: 5，滲氮時爐內(nèi)壓力為10(T500Pa，滲氮溫度為38(T580°C，滲氮時間為2 10h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種不銹鋼離子氮化工藝，尤其涉及一種奧氏體不銹鋼離子氮化催滲工藝，該工藝主要包括以下步驟1)對不銹鋼工件表面清洗，去除工件表面油污和雜質(zhì)；2)對不銹鋼工件進行預(yù)氧化處理；3)待不銹鋼工件冷卻后，將其放入離子氮化爐內(nèi)，通入經(jīng)過干燥后的氫氣，然后起輝升溫，待達到一定溫度后，通入氮氣，調(diào)節(jié)氮氣和氫氣比例、爐內(nèi)壓力隨后開始計時，滲氮一定時間后，關(guān)閉離子氮化爐，工件隨爐冷卻。采用該工藝處理的奧氏體不銹鋼可以獲得比常規(guī)離子氮化工藝更厚的化合物層。
文檔編號C23C8/38GK103014601SQ20121052583
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月9日
發(fā)明者胡靜, 蔡偉, 王樹凱, 李景才 申請人:常州大學(xué)