奥氏体不锈钢精密硬化方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种奥氏体不锈钢精密硬化方法及设备，要解决的技术问题是提高其表面的显微硬度、降低表面粗糙度。本发明专利技术方法包括以下步骤：将工件在３８０～４５０℃的温度下进行离子渗氮或离子碳氮共渗硬化处理１～５ｈ，辅助阴极距离工件表面的距离为０．５～１０ｃｍ，工作电压为４００～８００Ｖ，光饰处理，本发明专利技术的设备，真空室内主阴极盘上设有多层水平盘式辅助阴极，工件放置在各个水平盘式辅助阴极上。本发明专利技术与现有技术相比，利用水平盘式辅助阴极放置工件，通过温度、真空度、电压的组合进行低温离子渗氮或低温离子碳氮共渗工艺，再进行光饰处理，得到构件具有不变形、显微硬度＞ＨＶ↓［０．０５］５００，表面粗糙度Ｒ↓［ｄ］＜１０ｎｍ的技术效果，生产效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种表面处理方法及设备，特别是一种奥氏体不锈钢工件表面 精密硬化的处理方法及设备。技术背景奥氏体不锈钢，如SUS316和SUS304，是中高档手表外构件(包括表带、表 壳和表扣)及3C产品(通讯产品Communication、电脑产品Co即uter和消费类 电子产品Consumer)的外构件(包括手机外壳、MP3外壳和MP4外壳)采用的主 要材料之一，该类材料的优点是耐腐蚀性好、韧性和强度高，缺点是硬度低， 表面显微硬度为HV。. 5150 250，很容易在使用过程中被划伤。实践表明奥氏 体不锈钢手表及3C产品外构件表面硬度需要提高到HV^500以上，才能在实际 使用中达到一定的抗划伤效果。常用的解决办法是用物理气相沉积PVD工艺在 奧氏体不锈钢手表及3C产品外构件表面镀制硬膜，如TiN、 TiNC、 CrN和CrC。 由T用做基体的奥氏体不锈钢硬度比较低，在表面显微硬度测试过程中基体效 应大，PVD工艺需要制备厚度达2 y m以上的硬质厚镀层才能使表面显微硬度〉 IW。.()5500，而用PVD工艺制备硬质厚镀层存在着膜基结合力差、表面粗糙度易下 降的缺点，绝大部分用PVD工艺在奥氏体不锈钢手表及3C产品外构件表面镀制 硬膜的企业，为了保证.定的膜基结合力和膜层表面粗糙度，镀制的硬膜很薄， 大都在ltim以下，以装饰颜色为主，并不能起到很好的抗划伤作用。渗氮、渗碳或碳氮共渗是钢铁表面硬化常用的方法，奥氏体不锈钢表面因 为存在致密的钝化层，导致渗氮、渗碳或碳氮共渗方法不能直接被应用。中国专利申请号93105652. 7、 93106554. 2和91109200. 5中针对奥氏体不锈钢产品， 以奧氏体不锈钢螺钉为主，公开了先进行氟化去表面钝化层，然后再进行气体 渗氮加硬表面、最后酸浸去除高温氧化膜和部分硬化层的方法。屮国专利申请 号200380100962. 4中提到，用含有卣素气体或卤化物气体的气氛对含Mo 3 20% 的奥氏体不锈钢进行表面活化处理，然后进行气体碳氮共渗，可以获得硬度大 于HV1350的硬化层。中国专利申请号200410043632.2中公开了用各类型的聚 氯乙烯树脂(CH2CHC1)作为汽轮机、燃气机不锈钢类零件在进行气体渗氮前去 除钝化层的材料。而中国专利申请号200710132921. 3则通过在气体渗氮时加入 NH4C1来去除不锈钢表面的钝化层。中国专利申请号00801908.8中采用气体渗 的方法对奧氏体不锈钢手表外构件表面进行硬化处理，工艺路线如下250 600 'C氟化处理去钝化层一400 50(TC气体渗硬化一酸洗腐蚀去氧化皮一水漂洗 去酸液一滚磨、抛光。利用上述这些方法得到的硬化层与基体之间的结合属冶 金结合，牢固度高，但工艺处理时间长，专利申请号00801908. 8中提到奥氏体 不锈钢48(TC气体渗碳约12小时才能得到15 30wm硬化层，工序复杂、对环 境造成污染，使用NF:,、 BF^ CF4、 HF、 F2、 Cl2、 HC1和CO有害气体以及硝酸、 盐酸、氢氟酸等强酸。离子渗用于奧氏体不锈钢表面硬化比气体渗有更多优点1、利用离子的轰 击作用去除表面钝化层；2、在离子的轰击作用下，渗速加快；3、在真空环境 F进行处理，表面氧化少。相对于气体渗而言，离子渗工序简单、效率更高、 污染少。国内对奥氏体不锈钢离子渗研究的报道较少，青岛科技大学等离子体 表面技术研究所与英国伯明翰大学材料系合作对奥氏体不锈钢低温离子渗氮或 低温离子碳氮共渗即软氮化工艺进行了研究，江苏工业学院材料科学与工程系 对奥氏体不锈钢1Cri8Ni9Ti在较高温度下的离子渗氮进行了研究，大连海事大学材料工艺研究所利用低压等离子体弧离子源对奥氏体不锈钢进行了低温渗氮 研究。上述的方法没有解决平整高光奥氏体不锈钢表面离子渗后的外观保持问 题，也没有解决特殊形状的奧氏体不锈钢工件所适用的工艺方法问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种奥氏体不锈钢精密硬化方法及设备，要解决的技 术问题是提高奧氏体不锈钢表面的显微硬度、降低表面粗糙度，并适用于特殊 形状的奥氏体不锈钢工件表面。本专利技术采用以下技术方案 一种奧氏体不锈钢精密硬化方法，包括以下歩骤 一、将工件放进炉内，在380 45(TC的温度下进行离子渗氮或离子碳氮共 渗硬化处理l 5h，本底真空为10Pa以下，工作真空为100 500Pa,辅助阴极 距离工件表面的距离为0.5 10cm，工作电压为400 800V，获得硬化层深度5 90um; 二、进行光饰处理，达到表面粗糙度K10nm。本专利技术的方法离子渗氮或离子碳氮共渗硬化处理时，充入氨气、氢气、氮 气、甲烷或/和乙炔气体。本专利技术的方法光饰处理包括滚光、手工抛光或滚光与手工抛光组合。本专利技术的方法滚光处理为将工件放进工件与磨料质量比不大于1: 15的滚 光机滚桶中进行滚光，滚筒转速10~60r/min，滚光时间6 48h，磨料为3.2X 3. 2mm 1. 1 X 1. lmm的核桃屑。本专利技术的方法滚光处理先选用较大尺寸的磨料粗滚，再选用较小尺寸的磨 料精滚。本专利技术的方法手工抛光处理时，人工将工件按压在抛光机的抛光轮上，抛 光轮转速为800~3000r/min，抛光轮材料采用麻轮、布轮和羊毛轮，抛光处理前 在抛光轮上涂抛光蜡。一种奥氏体不锈钢精密硬化设备，其真空室内设有主阴极盘，真空室连接 有电源系统、抽气系统、供气系统，所述主阴极盘上设有多层水平盘式辅助阴 极，工件放置在各个水平盘式辅助阴极上，各个水平盘式辅助阴极下表面距工 件上表面的距离为0. 5 10on。本专利技术的水平盘式辅助阴极与工件之间设有工件支撑结构。本专利技术的盘式辅助阴极下表面与工件上表面随形。本专利技术与现有技术相比，利用水平盘式辅助阴极放置工件，通过温度、真 空度、电压的组合进行低温离子渗氮或低温离子碳氮共渗工艺，获得硬化层后 进行光饰处理，得到奥氏体不锈钢手表及3C产品外构件具有不变形、显微硬度 >HV。.。5500，表面粗糙度1^<10皿的技术效果，工艺简单，生产效率高。 附图说明图1是低温离子渗氮或离子碳氮共渗后奥氏体不锈钢表面的断面示意图。图2是本专利技术的方法处理后奥氏体不锈钢表面的断面示意图。图3是本专利技术设备的多层水平盘式辅助阴极的结构示意图。图4是本专利技术设备带支撑结构的多层水平盘式辅助阴极的结构示意图。图5是本专利技术设备带支撑结构的多层水平盘式随形辅助阴极的结构示意图。图6是本专利技术设备的硬化处理设备结构示意7是本专利技术实施例1的硬化处理后表面形貌图。图8是本专利技术实施例1的硬化层横断面金相图。图9是本专利技术实施例2的硬化层横断面金相图。图10是本专利技术实施例3的硬化层横断面金相图。图11是本专利技术实施例3的硬化层GDS成分分析图。图12是本专利技术实施例3的硬化层XRD相分析图。图13是本专利技术实施例4的硬化层横断面金相图。具体实施方式下而结合附图和实施例对本专利技术做进一歩详细说明。本专利技术的奥氏休不锈钢精密硬化方法，包括以下步骤 一、在380 45(TC 的温度下进行离子渗氮或离子碳氮共渗硬化处理1 5h，离子渗氮或离子碳氮共 渗硬化处理本底真空为10Pa以下，工作真空为100 500Pa，辅助阴极距本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种奥氏体不锈钢精密硬化方法，包括以下步骤：一、将工件放进炉内，在３８０～４５０℃的温度下进行离子渗氮或离子碳氮共渗硬化处理１～５ｈ，本底真空为１０Ｐａ以下，工作真空为１００～５００Ｐａ，辅助阴极距离工件表面的距离为０．５～１０ｃｍ，工作电压为４００～８００Ｖ，获得硬化层深度５～９０μｍ；二、进行光饰处理，达到表面粗糙度Ｒ↓［ａ］＜１０ｎｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马胜歌，周祎，
申请(专利权)人：深圳八六三计划材料表面技术研发中心，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]