一种渗纳米钻石烯的新型金属表面热处理方法技术

一种渗纳米钻石烯的新型金属表面热处理方法，包括以下步骤：1）使待热处理的金属部件的外表面均包裹一层3～5mm厚的纳米钻石烯；2）对体系抽真空，导入还原性保护气体，重复2～3次；3）升温至奥氏体转变温度以上0～150℃，并保温1～20h，然后随炉冷却至室温；4）取出金属部件经淬火和低温回火即可。采用本发明专利技术获得的渗纳米砖石烯的金属材料淬硬性高，比普通渗碳处理要高出10%左右，耐磨性可达普通渗碳件的5倍以上；渗透层深，厚度可达40mm以上，渗透速度快，平均可达1.5mm/h左右；渗透层呈梯度变化，无明显界面，结合力高，不易脱落，方便后续精加工；工艺简单可行、应用范围广、环保无污染。

Novel metal surface heat treatment method for penetrating nano diamond

Novel method for processing metal surface thermal diffusion nano diamond graphene, which comprises the following steps: 1) to make metal parts heat treatment of the outer surface coated with a layer of 3 ~ 5mm thick diamond nano graphene; 2) of the vacuum system, reducing gas import protection, repeated 2 to 3 times; 3) the temperature rise to the austenite transformation temperature above 0 to 150 DEG C, and the insulation of 1 ~ 20h, and then with the furnace cooling to room temperature; 4) remove the metal parts after quenching and tempering. The invention obtained nano graphene metal material permeability brick hardenability high, processing to about 10% higher than ordinary carburizing, the wear resistance is 5 times more than ordinary carburized parts; penetration depth, the thickness of up to 40mm, penetration speed, the average is about 1.5mm/h; permeability gradient, no obvious interface, high binding force, not easy to fall off, to facilitate subsequent finishing; simple process, wide application range, no environmental pollution.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属材料表面热处理
，具体涉及一种渗纳米钻石烯的新型金属表面热处理方法。
技术介绍
磨损是金属材料失效的主要形式之一，有接触和相对运动的地方就会有磨损，长时间的磨损会造成零部件的失效，轻则需要更换零件，重则造成设备损坏甚至人员伤亡，如何减磨是一个永恒的研究课题。因为磨损一般发生在材料表面，所以如何提高材料表面的耐磨性是减磨的一个重要途径。现阶段材料表面处理方法有：涂覆、镀覆和热处理等，其中热处理是提高金属材料耐磨性的一个主要方法，其原理是通过改变材料的组织结构以改善性能。化学热处理是机械制造业较为成熟、运用较多的处理方法，包括渗碳、渗氮、渗稀土元素以及多种元素共渗等，这些普通化学热处理都是通过化学反应析出活性原子，活性原子再通过溶解或化学反应扩散到金属内部，最终形成渗透层，达到表面强化的目的。这些处理方法存在一些缺点，比如处理工艺复杂，设备要求较高，有些还有毒有害；渗透速度慢，渗透层浅，一般只有几十到几百微米；并且渗层界面结合力小，容易脱落，不便进行机加工等。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种渗纳米钻石烯的新型金属表面热处理方法。基于上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：一种渗纳米钻石烯的新型金属表面热处理方法，包括以下步骤：1）使待热处理的金属部件的外表面均包裹一层3～5mm厚的纳米钻石烯；2）对体系抽真空，导入还原性保护气体，重复2～3次，目的是以尽量减少氧化性气体的存在；3）升温至奥氏体转变温度以上0～150℃，并保温1～20h，然后随炉冷却至室温；4）取出金属部件经淬火和低温回火即可。步骤1）中为保证热处理的金属部件的外表面均包裹一层3～5mm厚的纳米钻石烯，同时又能保证处理多个金属部件，本专利技术优选采用的方法为：首先，需要一个能够密闭的干净的容器，在容器底部铺上3～5mm厚的纳米钻石烯，然后放入金属部件，接着再铺一层纳米钻石烯再放金属部件，直到装满整个容器为止。所述纳米钻石烯须经以下处理：将粒度分别为50nm、100nm和200nm的纳米钻石烯按重量比(1～2)：(2～3)：(4～5)混合，对得到的依次进行超声波碱洗、超声波清洗、酸洗活化及超声波水洗及烘干处理，具体步骤为：a)超声波碱洗：将混合料放入装有碱液的超声波清洗机中，超声波频率控制在28～32KHz左右，碱液为质量分数为10%～12%的NaOH溶液，碱液温度为50℃～60℃，搅拌速度为25～30rpm，清洗时间为25～30min；b)超声波清洗：超声波频率均为30KHz，清洗液为去离子水，搅拌速度为25～30rpm，搅拌时间为25～30min，取上层清液测量pH值，反复清洗直至pH=7；c)酸洗活化：酸洗液为浓度为25%～30%的硫酸溶液，酸洗温度为50～60℃，搅拌速度以20～25rpm，搅拌时间控制在20～30min，以达到将原料表面活化的目的；d)超声波水洗：将步骤c）的混合料加入去离子水中超声并搅拌，超声波频率为30～45KHz，搅拌速度为20～25rpm，搅拌时间在8～10min，取上层清液测量pH值，反复清洗直至pH=7；超声波水洗为常温；e)烘干：以2～3℃/min的速率逐步升温到180～200℃，保温3～5h后随炉温冷却，之后密封备用，烘干的目的是去除原料中的水分以便储存和后续工序的进行。热处理前，金属部件须依次经喷砂处理和化学清洗处理，喷砂处理的步骤为：利用喷砂机对金属部件的表面进行清理至露出光洁的表面；化学清洗的步骤为：采用无水乙醇或丙酮清洗金属部件的表面3～5次，除去金属表面的油污和粉尘，自然晾干。淬火温度为奥氏体转变温度以上0～50℃，低温回火温度为150～250℃。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、采用本专利技术获得的渗纳米砖石烯的金属材料淬硬性高，比普通渗碳处理要高出10%左右，耐磨性可达普通渗碳件的5倍以上；2、渗透层深，厚度可达40mm以上，渗透速度快，平均可达1.5mm/h左右；3、渗透层呈梯度变化，无明显界面，结合力高，不易脱落，方便后续精加工；4、工艺简单可行、应用范围广、环保无污染。附图说明图1是渗层深度随时间的变化关系；图2是材料硬度随渗层深度的变化关系；图3是摩察系数随磨损时间的变化关系；图4是磨痕宽度随磨损时间的变化关系。具体实施方式以下将通过实施例具体说明本专利技术，但这些具体实施方案不以任何方式限制本专利技术的保护范围。实施例1一种渗纳米钻石烯的新型金属表面热处理方法，包括以下步骤：1）使待热处理的金属部件的外表面均包裹一层4mm厚的纳米钻石烯；首先，需要一个能够密闭的干净的容器，在容器底部铺上4mm厚的纳米钻石烯，然后放入金属零部件，接着再铺一层纳米钻石烯再放零件，直到装满整个容器为止。2）对体系抽真空，导入还原性保护气体，重复3次，目的是以尽量减少氧化性气体的存在；3）升温至奥氏体转变温度以上100℃，并保温10h，然后随炉冷却至室温；4）取出金属部件经淬火和低温回火即可，淬火温度为奥氏体转变温度，低温回火温度为150℃。所述纳米钻石烯须经以下处理：将粒度分别为50nm、100nm和200nm的纳米钻石烯按重量比1：2：4混合，对得到的依次进行超声波碱洗、超声波清洗、酸洗活化及超声波水洗及烘干处理，具体步骤为：a)超声波碱洗：将混合料放入装有碱液的超声波清洗机中，超声波频率控制在28KHz，碱液为10%的NaOH溶液，碱液温度为50℃，搅拌速度为25rpm，清洗时间为30min；b)超声波清洗：超声波频率均为30KHz，清洗液为去离子水，搅拌速度为25rpm，搅拌时间为30min，取上层清液测量pH值，反复清洗直至pH=7；c)酸洗活化：酸洗液为浓度为25%的硫酸溶液，酸洗温度为50℃，搅拌速度以20rpm，搅拌时间控制在20min，以达到将原料表面活化的目的；d)超声波水洗：常温清洗，将步骤c）的混合料加入去离子水中超声并搅拌，超声波频率为30KHz，搅拌速度为20rpm，搅拌时间在8min，取上层清液测量pH值，反复清洗直至pH=7；e)烘干：以3℃/min的速率逐步升温到180℃，保温3h后随炉温冷却，之后密封备用，烘干的目的是去除原料中的水分以便储存和后续工序的进行。热处理前，金属部件须依次经喷砂处理和化学清洗处理，喷砂处理的步骤为：利用喷砂机对金属部件的表面进行清理至露出光洁的表面；化学清洗的步骤为：采用无水乙醇或丙酮清洗金属部件的表面3次，除去金属表面的油污和粉尘，自然晾干。实施例2一种渗纳米钻石烯的新型金属表面热处理方法，包括以下步骤：1）使待热处理的金属部件的外表面均包裹一层5mm厚的纳米钻石烯；首先，需要一个能够密闭的干净的容器，在容器底部铺上5mm厚的纳米钻石烯，然后放入金属零部件，接着再铺一层纳米钻石烯再放零件，直到装满整个容器为止。2）对体系抽真空，导入还原性保护气体，重复3次，目的是以尽量减少氧化性气体的存在；3）升温至奥氏体转变温度以上150℃，并保温1～20h，然后随炉冷却至室温；4）取出金属部件经淬火和低温回火即可，淬火温度为奥氏体转变温度以上50℃，低温回火温度为250℃。所述纳米钻石烯须经以下处理：将粒度分别为50nm、100nm和200nm的纳米钻石烯按重量比2：3：5混合，对得到的依次进行超声波碱洗、超声波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种渗纳米钻石烯的新型金属表面热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：1）使待热处理的金属部件的外表面均包裹一层3～5mm厚的纳米钻石烯；2）对体系抽真空，导入还原性保护气体，重复2～3次；3）升温至奥氏体转变温度以上0～150℃，并保温1～20h，然后随炉冷却至室温；4）取出金属部件经淬火和低温回火即可。

【技术特征摘要】
1.一种渗纳米钻石烯的新型金属表面热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：1）使待热处理的金属部件的外表面均包裹一层3～5mm厚的纳米钻石烯；2）对体系抽真空，导入还原性保护气体，重复2～3次；3）升温至奥氏体转变温度以上0～150℃，并保温1～20h，然后随炉冷却至室温；4）取出金属部件经淬火和低温回火即可。2.如权利要求1所述的渗纳米钻石烯的新型金属表面热处理方法，其特征在于，所述纳米钻石烯须经以下处理：将粒度分别为50nm、100nm和200nm的纳米钻石烯按重量比(1～2)：(2～3)：(4～5)混合，对得到的依次进行超声波碱洗、超声波清洗、酸洗活化及超声波水洗及烘干处理，具体步骤为：a)超声波碱洗：将混合料放入装有碱液的超声波清洗机中，超声波频率控制在28～32KHz，碱液为10%～12%的NaOH溶液，碱液温度为50℃～60℃，搅拌速度为25～30rpm，清洗时间为25～30min；b)超声波清洗：超声波频率均为30KHz，清洗液为去离子水，搅拌速度为25～30rpm，搅拌时间为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪涛，杨晋中，尹维召，武艳强，李盟，
申请(专利权)人：河南省豫星华晶微钻有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41