一种奥氏体不锈钢的表面处理方法技术

本发明专利技术公开了一种奥氏体不锈钢的表面处理方法，属于金属材料表面改性技术领域。该处理方法首先对奥氏体不锈钢进行电火花加工处理，获得平行分布的沟槽状表面形貌，然后采用等离子表面合金化技术获得表面钛合金层，最终得到表面改性奥氏体不锈钢。本发明专利技术将电火花加工处理与等离子表面合金化技术相结合，对奥氏体不锈钢进行表面处理，提高了奥氏体不锈钢的耐磨性。

【技术实现步骤摘要】
一种奥氏体不锈钢的表面处理方法
本专利技术涉及一种奥氏体不锈钢的表面处理方法，属于金属材料表面改性

技术介绍
奥氏体不锈钢因具有良好的综合力学性能和工艺性能，且在氧化性和还原性介质中均表现出较好的耐蚀性，从而在工业、民用、国防等领域中得到了广泛的应用。奥氏体不锈钢也是不锈钢中种类最多、使用量最大的一种钢材，其生产量和使用量约占不锈钢总产量及使用量的一半以上。但是，受表面硬度低、摩擦系数大、耐磨性差等缺点的制约，奥氏体不锈钢一般不能用于制作滑动摩擦配副零部件，限制了其更广泛的使用。基于摩擦磨损始发生于材料表面，已有研究表明，借助表面技术可有效提高奥氏体不锈钢的耐磨性。选用合适的表面处理技术对于拓展奥氏体不锈钢作为摩擦材料的应用具有显著意义。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种奥氏体不锈钢的表面处理方法，改性后的奥氏体不锈钢具有优异的耐磨性。本专利技术提供了一种奥氏体不锈钢的表面处理方法，该处理方法首先对奥氏体不锈钢进行电火花加工处理，获得平行分布的沟槽状表面形貌，然后采用等离子表面合金化技术获得钛合金层，最终得到表面改性的奥氏体不锈钢。电火花加工可以在低电压、大电流的工作条件下，实现金属材料的切割或者成形，得到的片状奥氏体不锈钢表面则为平行分布的沟槽状表面形貌。平行分布的沟槽可以显著改善其摩擦学性能。等离子表面合金化技术是利用低真空条件下的气体辉光放电所产生的等离子体来实现表面合金化。在等离子表面合金化炉的炉体为阳极并接地，炉腔内除被处理工件作为放电的一个阴极之外，再设置另一个阴极。在一定偏压以及电场作用下，氩离子轰击源极材料，被溅射出来的合金元素经沉积和扩散，在工件表面形成表面合金化层。此钛合金层既有钛在奥氏体不锈钢中的固溶体，也有几种金属间化合物，可以提高提高奥氏体不锈钢的表面硬度和耐磨性，且钛合金层与奥氏体不锈钢之间为牢固的冶金结合。本专利技术将电火花加工处理与等离子表面合金化技术相结合，显著提高了奥氏体不锈钢的耐磨性，并兼具平行分布的沟槽状表面形貌在摩擦学方面所拥有的优势。上述奥氏体不锈钢的表面处理方法，包括以下步骤：(1)奥氏体不锈钢棒材除油：在80～90℃的碱性溶液中浸泡5~10min；(2)在无水乙醇中对表面除油后的奥氏体不锈钢棒材进行超声清洗、蒸馏水洗、干燥备用；(3)对步骤（2）处理后的奥氏体不锈钢棒材进行电火花加工：使用钼丝电火花切割机，将奥氏体不锈钢棒材加工成圆片工件，获得平行分布的沟槽状表面形貌，加工参数为：脉冲宽度5～10μs，工作电压90～100V，工作电流0.15～0.25A，步进行程0.1～0.15mm；(4)将步骤(3)获得的奥氏体不锈钢圆片工件进行无水乙醇超声清洗、蒸馏水洗、干燥后，置于等离子表面合金化炉炉腔内的工件台上，等离子表面合金化炉与两个脉冲电源连接；(5)将等离子表面合金化炉炉腔内部抽成真空度为0.1Pa，然后向炉腔内通入氩气作为载气，使炉腔内气压维持在35～45Pa，启动第一脉冲电源，在其阳极与阴极间施加直流偏压，炉腔内产生辉光放电，氩气原子被电离为等离子体，随着直流偏压增大，奥氏体不锈钢圆片工件表面温度逐渐升高，当工件极温度升至500～550℃时，对奥氏体不锈钢圆片工件进行离子轰击清洗20～40min；(6)启动第二脉冲电源，在其阳极与阴极间施加直流偏压，并逐渐增大直流偏压，将第二脉冲电源和第一脉冲电源之间的偏压数值差控制在200～350V，工件极温度逐渐升高并维持在850～1000℃，保温1～4h，完成保温后，缓慢降低第二脉冲电源和第一脉冲电源的直流偏压，此过程持续30min，随后依次关闭第二脉冲电源和第一脉冲电源，使奥氏体不锈钢圆片工件随炉缓冷到室温。上述的制备方法，步骤（1）中，所述碱洗溶液的配方为：65～75g/L氢氧化钠；35～45g/L碳酸钠；15～25g/L磷酸钠；5～15g/L硅酸钠。上述的制备方法，所述的等离子表面合金化炉装置，包括两个脉冲电源；炉底上方设有工件台，工件台与第一脉冲电源的阴极连接，成为工件极；工件台上方设有纯钛板，纯钛板与第二脉冲电源的阴极连接，成为钛合金化源极；纯钛板通过源极悬挂架将纯钛板悬挂于工件上方，源极悬挂架固定在炉底；等离子表面合金化炉的炉壳顶部与第一脉冲电源、第二脉冲电源的阳极连接，并接地；炉体左侧设有测温窗口，光电温度计设置在窗口外侧，正对工件设置；炉底部设有管路，炉底左侧设有连接抽真空装置的第一管路，炉底右侧设有连接充气装置的第二管路。进一步地，所述纯钛板与奥氏体不锈钢圆片工件的间距设置为16～22mm。上述的制备方法，步骤（5）中，氩气的流量控制在为60～70sccm。作为一种优选的技术方案，上述的制备方法具体包括以下步骤：(1)奥氏体不锈钢棒材除油：在80～90℃的碱性溶液中浸泡5~10min，碱洗溶液配方为：65～75g/L氢氧化钠；35～45g/L碳酸钠；15～25g/L磷酸钠；5～15g/L硅酸钠；(2)在无水乙醇中对表面除油后的奥氏体不锈钢棒材进行无水乙醇超声清洗、蒸馏水洗、干燥备用；(3)对清洗好的奥氏体不锈钢棒材进行电火花加工：使用钼丝电火花切割机，将奥氏体不锈钢棒材加工成圆片工件，获得平行分布的沟槽状表面形貌，加工参数为：脉冲宽度8μs，工作电压95V，工作电流0.2A，步进行程0.12mm；(4)将步骤(3)获得的奥氏体不锈钢圆片工件进行无水乙醇超声清洗、蒸馏水洗、干燥后，置于等离子表面合金化炉内的工件台上，等离子表面合金化炉通过与两个脉冲电源连接来实现奥氏体不锈钢圆片工件的等离子表面合金化：首先通过工件台与第一脉冲电源的阴极连接，成为工件极，再通过源极悬挂架将纯钛板悬挂于等离子表面合金化炉炉腔内的奥氏体不锈钢圆片工件上方，将纯钛板与奥氏体不锈钢圆片工件的间距设置为18mm，并通过源极悬挂架使纯钛板与第二脉冲电源的阴极连接，成为渗钛源极，炉壳与第一脉冲电源的和第二脉冲电源的的阳极连接，并接地；(5)将等离子表面合金化炉炉腔内部抽成真空度为0.1Pa，然后向炉腔内通入氩气作为载气，流量控制在为45sccm，使炉腔内气压维持在40Pa，启动第一脉冲电源，在其阳极与阴极间施加直流偏压，炉体内产生辉光放电，氩气原子被电离为等离子体，随着直流偏压增大，奥氏体不锈钢圆片工件表面温度逐渐升高，当工件极温度升至525℃时，对奥氏体不锈钢进行离子轰击清洗30min；(6)启动第二脉冲电源，在其阳极与阴极间施加直流偏压，并逐渐增大直流偏压，将第二脉冲电源和第一脉冲电源之间的偏压数值差控制在200V范围内，工件极温度逐渐升高并维持在950℃，保温3h，完成保温后，缓慢降低第二脉冲电源和第一脉冲电源的直流偏压，此过程持续30min，随后依次关闭第二脉冲电源和第一脉冲电源，使奥氏体不锈钢圆片工件随炉缓冷到室温。本专利技术的有益效果：本专利技术将电火花加工处理与等离子表面合金化技术相结合，对奥氏体不锈钢进行表面处理，充分发挥了电火花加工处理和等离子表面合金化技术的优势，提高了奥氏体不锈钢的耐磨性。附图说明图1为等离子表面合金化炉的结构示意图；图2为实施例1处理后的奥氏体不锈钢的表面形貌图；图3为实施例1处理后的奥氏体不锈钢的剖面形貌图；图4为实施例1处理后的奥氏体不锈钢的X射线衍射图；图5为未处理奥氏体不锈钢与GC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种奥氏体不锈钢的表面处理方法，其特征在于：首先对奥氏体不锈钢进行电火花加工处理，获得平行分布的沟槽状表面形貌，然后采用等离子表面合金化技术获得表面钛合金层，得到表面改性的奥氏体不锈钢。

【技术特征摘要】
1.一种奥氏体不锈钢的表面处理方法，其特征在于：首先对奥氏体不锈钢进行电火花加工处理，获得平行分布的沟槽状表面形貌，然后采用等离子表面合金化技术获得表面钛合金层，得到表面改性的奥氏体不锈钢。2.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢的表面处理方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)奥氏体不锈钢棒材除油：在80～90℃的碱性溶液中浸泡5~10min；(2)在无水乙醇中对表面除油后的奥氏体不锈钢棒材进行超声清洗、蒸馏水洗、干燥备用；(3)对步骤（2）处理后的奥氏体不锈钢棒材进行电火花加工：使用钼丝电火花切割机，将奥氏体不锈钢棒材加工成圆片工件，获得平行分布的沟槽状表面形貌，加工参数为：脉冲宽度5～10μs，工作电压90～100V，工作电流0.15～0.25A，步进行程0.1～0.15mm；(4)将步骤(3)获得的奥氏体不锈钢圆片工件进行无水乙醇超声清洗、蒸馏水洗、干燥后，置于等离子表面合金化炉炉腔内的工件台上，等离子表面合金化炉与两个脉冲电源连接；(5)将等离子表面合金化炉炉腔内部抽成真空度为0.1Pa，然后向炉腔内通入氩气作为载气，使炉腔内气压维持在35～45Pa，启动第一脉冲电源，在其阳极与阴极间施加直流偏压，炉腔内产生辉光放电，氩气原子被电离为等离子体，随着直流偏压增大，奥氏体不锈钢圆片工件表面温度逐渐升高，当工件极温度升至500～550℃时，对奥氏体不锈钢圆片工件进行离子轰击清洗20～40min；(6)启动第二脉冲电源，在其阳极与阴极间施加直流偏压，并逐渐增大直流偏压，将第二脉冲电源和第一脉冲电源之间的偏压数值差控制在200～350V，工件极温度逐渐升高并维持在850～1000℃，保温1～4h，完成保温后，缓慢降低第二脉冲电源和第一脉冲电源的直流偏压，此过程持续30min，随后依次关闭第二脉冲电源和第一脉冲电源，使奥氏体不锈钢圆片工件随炉缓冷到室温。3.根据权利要求2所述的奥氏体不锈钢的表面处理方法，其特征在于：步骤（1）中，所述碱洗溶液的配方为：65～75g/L氢氧化钠；35～45g/L碳酸钠；15～25g/L磷酸钠；5～15g/L硅酸钠。4.根据权利要求2所述的奥氏体不锈钢的表面处理方法，其特征在于：所述的等离子表面合金化炉装置，包括两个脉冲电源；炉底上方设有工件台，工件台与第一脉冲电源的阴极连接，成为工件极；工件台上方设有纯钛板，纯钛板与第二脉冲电源的阴极连接，成为钛合金化源极；纯钛板通过源极悬挂架将纯钛板悬挂于工件上方，源极悬挂架固定在炉底；等离子表面合金化炉的炉壳顶部与第一脉冲电源、第二脉冲电源的阳极连接，并接地；炉体左侧设有测温...

【专利技术属性】
技术研发人员：林乃明，邹娇娟，刘强，刘小萍，王志华，唐宾，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14