一種低碳鋼等離子表面鉬鉻共滲制備強化層的方法
【專利摘要】本發明涉及一種低碳鋼等離子表面鉬鉻共滲制備強化層的方法，所述方法包括如下步驟：等離子表面鉬鉻共滲，滲碳淬火，深冷處理，低溫回火，所述等離子表面鉬鉻共滲在真空環境下進行，等離子表面鉬鉻共滲裝置采用液封處理。所述方法可以顯著降低低碳鋼的摩擦因數，提高低碳鋼的耐磨損性，并實現滲碳元素的可控。
【專利說明】一種低碳鋼等離子表面鉬鉻共滲制備強化層的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種低碳鋼等離子表面鑰鉻共滲制備強化層的方法。
【背景技術】
[0002] 低碳鋼表面滲金屬技術是一種應用很早，而又富有發展前途的表面處理技術。它 采用加熱擴散的方法，在低碳鋼表面滲入一種或幾種金屬元素，形成不同于基體成分、組織 的表面合金層，使表面具有基體材料本身所不具備的特殊的機械、物理和化學性能諸如高 強度、高耐磨性、耐腐蝕性、高疲勞強度、抗高溫氧化等特殊功能。它的特點是：滲層的形成 主要依靠加熱擴散的作用，滲入金屬原子固溶到基體中或與基體中元素形成化合物，所得 滲層與基體金屬之間是靠形成合金來結合的，因而界面結合非常牢固，滲層不易脫落，這是 其它表面處理方法難以媲美的。
[0003] 高速鋼以其優越的力學性能在工業上占有重要的地位。但是，高速鋼使用高合金 鋼，合金元素使用量大（>15%)，因此價格高。高速鋼的主要合金元素鎢、鑰在世界范圍 內的儲量有限，最夠夠用l〇〇a。因此，從節約合金元素，降低鋼材成本方面考慮，自上世紀 70年代以來，各國都在研制低合金高速鋼。高速鋼屬于萊氏體鋼，在其鑄態組織中含有分 布不均勻的角狀碳化物和魚骨狀共晶萊氏體，這些粗大的碳化物硬而脆，且很穩定，即使在 1300°C高溫也不溶于奧氏體。由于用熱處理無法消除共晶碳化物，只能在其后用鑄造工藝 將共晶萊氏體擊碎，通過變形使其分布均勻，造成工藝復雜，且改善效果有限。
[0004] 為了降低成本，使在應用高速鋼的場合應用低碳鋼，現有技術中對低碳鋼表面進 行高速鋼滲層研究較多。
[0005] 徐晉勇等人（徐晉勇，龍向前等，等離子表面鑰鉻共滲制備強化層的研究，機械工 程材料，30(8) :41?43)公開了對低碳鋼進行低碳鋼表面高速鋼滲層的制備方法，該方法 包括：等離子表面鑰鉻共滲，滲碳淬火，深冷處理，低溫回火。但是該方法得到的鑰鉻層的鑰 元素與鉻元素的比例和源極中相差較大，鑰元素和鉻元素的比例不可控，且低碳鋼的耐磨 性提高十分有限。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于提供一種低碳鋼等離子表面鑰鉻共滲制備強化層的方法，通過 該方法可以顯著的提高低碳鋼的耐磨性，且實現了鑰元素、鉻、鎢和Y元素的可控。
[0007] -種低碳鋼等離子表面鑰鉻共滲制備強化層的方法，所述方法包括如下步驟：等 離子表面鑰、鉻、鎢和Y共滲，滲碳淬火，深冷處理，低溫回火，所述等離子表面鑰、鉻、鎢和Y 共滲在真空環境下進行，等離子表面鑰、鉻、鎢和Y共滲裝置采用液封處理。
[0008] 如果有參與氧氣，它與源極表面發生氧化反應，生成三氧化鑰，三氧化二鉻等。三 氧化鑰在795°C時出現升華現象，而三氧化二鉻的穩定性相對于三氧化鑰要好得多，在某種 程度上影響了鉻離子濺射。同時，在真空加熱條件下，金屬氧話務將于基體中的碳作用形成 一氧化碳氣體，即所謂的一氧化碳反應并被泵抽走，而沉積在試樣表面的合金元素被還原， 由擴散理論可知，組元的擴散系數與其濃度成正比，表面鑰濃度提高，增加了其擴散系數， 使滲層鑰含量增加。由此導致滲層中鑰鉻元素與源極中鑰鉻元素比例相差較大，鑰鉻元素 含量不可控。本發明在真空環境下，并對等離子表面鑰鉻共滲裝置進行液封處理，大大隔絕 了氧氣的存在，實現了鑰鉻元素的比例可控。
[0009] 優選地，等離子表面鑰、鉻、鎢和Y共滲前對低碳鋼進行活化處理。
[0010] 示例性的活化表面為：將低碳鋼采用硝酸或鹽酸浸泡，然后用清水和沸水先后沖 洗干凈，再在熱風中吹干。這可大大增加表面活性，加快滲鉻速度。
[0011] 優選地，等離子表面鑰鉻共滲前對低碳鋼進行增碳處理，以避免強化層的制備過 程中表面脫碳帶來的影響。
[0012] 所述共滲工藝參數為：源極電壓850?1000V，陰極電壓650?750V，保溫溫度 800?950°C，保溫時間3. 5?8h。
[0013] 滲碳淬火工藝為：采用固體滲碳劑裝箱滲碳，滲碳溫度為820?900°C，保溫6出 爐直接油中淬火。
[0014] 所述深冷處理工藝在_194°C的液體氮中保溫中，再在空氣中回升到室溫。所述保 溫時間為 1 ?3h，例如 1. lh、l. 4h、l. 8h、2. 2h、2. 5h、2. 8h，優選 1. 2 ?2. 7h，進一步優選 1· 5 ?2. 6h。
[0015] 所述低溫回火的溫度為 100 ?128°C，例如 102°C、104°C、106°C、108°C、110°C、 1121：、1141：、1161：、1181：、1201：、1221：、1241：或1261：，優選105?1251：，進一步優選 120。。。
[0016] 所述低溫回火保溫的時間為1?2. lh，例如1. lh、1.2h、L3h、L4h、L5h、L6h、 1. 7h、L 8h、L 9h 或 2. 0h，優選 L 2 ?L 8h，進一步優選 L 2 ?L 5h。
[0017] 本發明所述方法可以顯著降低低碳鋼的摩擦因數，提高低碳鋼的耐磨損性，并實 現滲碳元素的可控。
【具體實施方式】
[0018] 為更好地說明本發明，便于理解本發明的技術方案，本發明的典型但非限制性的 實施例如下：
[0019] 實施例1
[0020] 一種低碳鋼等離子表面鑰鉻共滲制備強化層的方法，所述方法包括如下步驟：對 低碳鋼進行活化處理，等離子表面鑰、鉻、鎢和Y共滲，滲碳淬火，深冷處理，低溫回火，所述 等離子表面鑰、鉻、鎢和Y共滲在真空環境下進行，等離子表面鑰、鉻、鎢和Y共滲裝置采用 液封處理。
[0021] 所述共滲工藝參數為：源極電壓850V，陰極電壓650V，保溫溫度800°C，保溫時間 3. 5h〇
[0022] 所述深冷處理工藝在_194°C的液體氮中保溫中，再在空氣中回升到室溫，所述保 溫時間為lh。
[0023] 所述深冷處理工藝在_194°C的液體氮中保溫中，再在空氣中回升到室溫。
[0024] 所述低溫回火的溫度為100°C。
[0025] 所述低溫回火保溫的時間為lh。
[0026] 實施例2
[0027] -種低碳鋼等離子表面鑰鉻共滲制備強化層的方法，所述方法包括如下步驟：對 低碳鋼進行活化處理，等離子表面鑰、鉻、鎢和Y共滲，滲碳淬火，深冷處理，低溫回火，所述 等離子表面鑰、鉻、鎢和Y共滲在真空環境下進行，等離子表面鑰、鉻、鎢和Y共滲裝置采用 液封處理。
[0028] 所述共滲工藝參數為：源極電壓1000V，陰極電壓750V，保溫溫度950°C，保溫時間 8h。
[0029] 所述深冷處理工藝在_194°C的液體氮中保溫中，再在空氣中回升到室溫，所述保 溫時間為lh。
[0030] 所述深冷處理工藝在-194°c的液體氮中保溫中，再在空氣中回升到室溫。
[0031] 所述低溫回火的溫度為128°C。
[0032] 所述低溫回火保溫的時間為2. lh。
[0033] 實施例3
[0034] 一種低碳鋼等離子表面鑰鉻共滲制備強化層的方法，所述方法包括如下步驟：對 低碳鋼進行活化處理，等離子表面鑰、鉻、鎢和Y共滲，滲碳淬火，深冷處理，低溫回火，所述 等離子表面鑰、鉻、鎢和Y共滲在真空環境下進行，等離子表面鑰、鉻、鎢和Y共滲裝置采用 液封處理。
[0035] 所述共滲工藝參數為：源極電壓900V，陰極電壓700V，保溫溫度900°C，保溫時間 5h〇
[0036] 所述深冷處理工藝在_194°C的液體氮中保溫中，再在空氣中回升到室溫，所述保 溫時間為lh。
[0037] 所述深冷處理工藝在_194°C的液體氮中保溫中，再在空氣中回升到室溫。
[0038] 所述低溫回火的溫度為115°C。
[0039] 所述低溫回火保溫的時間為1. 5h。
[0040] 實施例4
[0041] 一種低碳鋼等離子表面鑰鉻共滲制備強化層的方法，所述方法包括如下步驟：對 低碳鋼進行活化處理，等離子表面鑰、鉻、鎢和Y共滲，滲碳淬火，深冷處理，低溫回火，所述 等離子表面鑰、鉻、鎢和Y共滲在真空環境下進行，等離子表面鑰、鉻、鎢和Y共滲裝置采用 液封處理。
[0042] 所述共滲工藝參數為：源極電壓880V，陰極電壓680V，保溫溫度850°C，保溫時間 5. 6h〇
[0043] 所述深冷處理工藝在_194°C的液體氮中保溫中，再在空氣中回升到室溫，所述保 溫時間為lh。
[0044] 所述深冷處理工藝在_194°C的液體氮中保溫中，再在空氣中回升到室溫。
[0045] 所述低溫回火的溫度為120°C。
[0046] 所述低溫回火保溫的時間為1. 6h。
[0047] 對實施例1-4等離子表面鑰鉻共滲后形成的鑰鉻層進行成分分布，距表面距離為 20 μ m的結果如表1所示。
[0048] 表 1
[0049]
【權利要求】
1. 一種低碳鋼等離子表面鑰鉻共滲制備強化層的方法，其特征在于，所述方法包括如 下步驟：等離子表面鑰、鉻、鎢和Y共滲，滲碳淬火，深冷處理，低溫回火，所述等離子表面 鑰、鉻、鎢和Y共滲在真空環境下進行，等離子表面鑰、鉻、鎢和Y共滲裝置采用液封處理。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，等離子表面鑰、鉻、鎢和Y共滲前對低碳鋼進 行活化處理。
3. 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述共滲工藝參數為：源極電壓850? 1000V，陰極電壓650?750V，保溫溫度800?950°C，保溫時間3. 5?8h。
4. 如權利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述深冷處理工藝在-194°C的液體 氮中保溫中，再在空氣中回升到室溫。
5. 如權利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述低溫回火的溫度為100? 128°C，優選 105 ?125°C，進一步優選 120°C。
6. 如權利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，所述低溫回火保溫的時間為1? 2. lh，優選1. 2?1. 8h，進一步優選1. 2?1. 5h。
【文檔編號】C23F17/00GK104195507SQ201410473541
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月16日 優先權日:2014年9月16日
【發明者】朱忠良 申請人:朱忠良