一种特种钢表面处理方法技术

本发明专利技术公开了一种特种钢表面处理方法，包括以下步骤：步骤a：用Cr离子束对特种钢基体进行表面清洗后注入Cr离子，在特种钢基体上沉积铬膜；步骤b：超声清洗：步骤c：真空处理：步骤d：注入氮离子：步骤e：注入钛离子：步骤f：依次循环步骤d、步骤e至少2次，使氮离子与钛离子都进行至少2次注入；步骤g：将真空室内气压恢复常压，并冷却至室温。本发明专利技术结合沉积铬膜和离子注入，铬膜使得轴承钢基体表面具有良好的硬度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性，在此基础上进行离子注入，在铬膜表面发生反应形成非晶层以及陶瓷相，造成许多位错缺陷，可促进致钝元素铬在表面富集，使得钝化膜稳定性提高，薄膜的耐腐蚀性提高。

【技术实现步骤摘要】
一种特种钢表面处理方法
本专利技术涉及一种处理方法，尤其涉及一种特种钢表面处理方法。
技术介绍
随着技术的不断发展，轴承承受的载荷越来越大，未经过任何表面强化处理的特种钢制精密轴承的使用寿命已经不能满足一些在重载高速条件下工作部件的使用要求，不作表面强化处理的轴承的承载能力低，强度低，既而轴承的服役寿命短。轴承钢的表面耐腐蚀性与未来理想的轴承钢还有一定的差距，还需要进一步提高轴承钢的表面耐腐蚀性。在改善轴承钢耐蚀性的表面处理技术中，复合强化热处理和涂层技术，由于仍存在工艺控制困难、内应力大等问题，限制了它们的推广应用。离子注入技术目前广泛用于钢材的表面强化，但是该种方法对表面耐腐蚀性的提高依旧难以满足轴承钢工况的苛刻要求，需要进一步提高轴承钢的表面耐腐蚀性能。
技术实现思路
为了解决上述技术所存在的不足之处，本专利技术提供了一种特种钢表面处理方法。为了解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种特种钢表面处理方法，包括以下步骤：步骤a：用Cr离子束对特种钢基体进行表面清洗后注入Cr离子，在特种钢基体上沉积铬膜；为了去除表面氧化层和使得铬膜结合力更好，在沉积铬膜之前用Cr离子束对特种钢基体进行表面清洗和Cr离子注入。步骤b：超声清洗：将步骤a得到的特种钢放入纯度为99.9％以上的丙酮溶液中超声清洗两次，每次超声清洗持续9min～14min；步骤c：真空处理：将步骤b中清洗后的特种钢放到真空室试样台上，对真空室抽真空至真空度为2.2×10-5Pa～3.2×10-5Pa后，使真空室试样台沿自身轴线匀速缓慢旋转，同时用离子注入机对特种钢进行表面改性；步骤d：注入氮离子：在步骤c中特种钢缓慢绕自身轴线匀速旋转的同时，用离子注入机对特种钢进行氮离子注入处理；步骤e：注入钛离子：金属离子金属源采用纯度为99.8％的金属靶，第一次注入金属离子的注入能量为25keV～90keV，其后注入能量依次递减至最低20keV，离子注入总剂量为2.5×1017ions/cm2～3.5×1017ions/cm2；步骤f：依次循环步骤d、步骤e至少2次，使氮离子与钛离子都进行至少2次注入；步骤g：将真空室内气压恢复常压，并冷却至室温。进一步地，表面改性采用氮离子与钛离子连续重叠注入。进一步地，步骤a中Cr离子注入的条件是：6-8kV的电压，3-5mA的束流，注入电荷量为5500-6500mC。铬离子的平均电荷量Qr为2.1。优选的，采用7.5kV的电压，4mA的束流，注入电荷量为6000mC。进一步地，步骤a中采用磁过滤阴极真空弧等离子体沉积镀膜技术来沉积铬膜；通过磁过滤阴极真空弧等离子体沉积镀膜(FCVA)技术进行Cr膜，其成膜密度大，无气孔，与基体之间的结合力更好，缺陷密度更低，因此具有良好的硬度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性。铬膜沉积的沉积条件为：弧流100-115A，偏压为-75至-85V，束流为460-510mA，占空比为91％，总电荷量为6100×100mC，沉积时间为45-55min。优选的，弧流110A，偏压为-80V，束流为480mA，占空比为90％，总电荷量为6100×100mC，沉积时间为50min。进一步地，步骤d中氮离子气源采用纯度为99.99％的氮气，每次注入能量为80keV～95keV，注入总剂量为2.0×1017ions/cm2～3.5×1017ions/cm2。本专利技术结合沉积铬膜和离子注入，铬膜使得轴承钢基体表面具有良好的硬度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性，在此基础上进行离子注入，在铬膜表面发生反应形成非晶层以及陶瓷相，造成许多位错缺陷，可促进致钝元素铬在表面富集，使得钝化膜稳定性提高，薄膜的耐腐蚀性提高，因此采用该种表面处理方法制备的轴承钢同时兼具良好的耐腐蚀性和力学性能，Cr涂层的脆性也得到了改善。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。一种特种钢表面处理方法，包括以下步骤：其中，在表面改性前，进行去除油脂的步骤：首先用金属除脂溶剂去除该待处理特种钢基体表面油脂，然后将其放入无污染的四氯乙烯中浸泡25分钟后取出，用宣纸吸净残留溶剂，再用脱脂棉擦拭材料表面，最后用干净的绸布进行擦拭；金属除脂溶剂为市售普通金属除脂溶剂，成分包括氢氧化钠、碳酸钠、十水磷酸钠、硅酸钠、洗涤剂、缓蚀剂、溶剂水等；清洗用的四氯乙烯也可用其他有机溶剂代替。其中，在表面改性前，进行去除锈点的步骤：用具有除锈功能的金属清洗剂浸泡清洗特种钢基体15分钟，使其表面无微锈点；金属除锈剂为市售普通金属除锈剂，成分包括：表面活性剂、有机酸、促进剂、缓蚀剂、去离子水等。其中，在表面改性前，还包括去除杂质的步骤：将特种钢基体放入丙酮中，超声清洗30分钟后取出，使用干净绸布擦干。擦干时，在特种钢基体的光滑表面上沿同一方向进行擦拭，保证特种钢基体表面没有水渍和杂质残留；特种钢基体的特殊部位(工作面)重点擦拭，特种钢基体的其他部位(非工作面)保证其表面没有水渍和杂质残留。同时，不使用已经被污染、浸湿的绸布对材料进行擦拭。其中，在表面改性前，还包括将经上述前处理过的特种钢基体放入去离子水中，超声清洗30分钟后取出，使用干净绸布擦洗、擦干并烘干(放置于真空烘箱中烘干3小时)。步骤a：用Cr离子束对特种钢基体进行表面清洗后注入Cr离子，在特种钢基体上沉积铬膜；在制备铬膜之前将试样用丙酮超声清洗。采用高纯铬靶为阴极，在沉积之前，先用磁过滤阴极弧真空系统中引出的Cr离子束进行表面清洗和Cr离子注入，注入的条件是：7.5kV的电压，4mA的束流，注入电荷量为6000mC，铬离子的平均电荷量Qr为2.1。随后再在基体上进行铬膜沉积，沉积条件是：弧流110A，-80V的偏压，束流为480mA，占空比为90％，总电荷量为6100×100mC，沉积时间为50min。注入过程在MEVVA离子注入机中进行，先注入氮离子，再注入钛离子，使用的数值参数均为：注入能量30keV，注入剂量3×1017ions/cm2。步骤b：超声清洗：将步骤a得到的特种钢放入纯度为99.9％以上的丙酮溶液中超声清洗两次，每次超声清洗持续9min～14min；步骤c：真空处理：将步骤b中清洗后的特种钢放到真空室试样台上，对真空室抽真空至真空度为2.2×10-5Pa～3.2×10-5Pa后，使真空室试样台沿自身轴线匀速缓慢旋转，同时用离子注入机对特种钢进行表面改性；表面改性采用氮离子与钛离子连续重叠注入。步骤d：注入氮离子：在步骤c中特种钢缓慢绕自身轴线匀速旋转的同时，用离子注入机对特种钢进行氮离子注入处理；氮离子气源采用纯度为99.99％的氮气，每次注入能量为80keV～95keV，注入总剂量为2.0×1017ions/cm2～3.5×1017ions/cm2。步骤e：注入钛离子：金属离子金属源采用纯度为99.8％的金属靶，第一次注入金属离子的注入能量为25keV～90keV，其后注入能量依次递减本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种特种钢表面处理方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：/n步骤a：用Cr离子束对特种钢基体进行表面清洗后注入Cr离子，在特种钢基体上沉积铬膜；/n步骤b：超声清洗：将步骤a得到的特种钢放入纯度为99.9％以上的丙酮溶液中超声清洗两次，每次超声清洗持续9min～14min；/n步骤c：真空处理：将步骤b中清洗后的特种钢放到真空室试样台上，对真空室抽真空至真空度为2.2×10

【技术特征摘要】
1.一种特种钢表面处理方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤a：用Cr离子束对特种钢基体进行表面清洗后注入Cr离子，在特种钢基体上沉积铬膜；
步骤b：超声清洗：将步骤a得到的特种钢放入纯度为99.9％以上的丙酮溶液中超声清洗两次，每次超声清洗持续9min～14min；
步骤c：真空处理：将步骤b中清洗后的特种钢放到真空室试样台上，对真空室抽真空至真空度为2.2×10-5Pa～3.2×10-5Pa后，使真空室试样台沿自身轴线匀速缓慢旋转，同时用离子注入机对特种钢进行表面改性；
步骤d：注入氮离子：在步骤c中特种钢缓慢绕自身轴线匀速旋转的同时，用离子注入机对特种钢进行氮离子注入处理；
步骤e：注入钛离子：金属离子金属源采用纯度为99.8％的金属靶，第一次注入金属离子的注入能量为25keV～90keV，其后注入能量依次递减至最低20keV，离子注入总剂量为2.5×1017ions/cm2～3.5×1017ions/cm2；
步骤f：依次循环步骤d、步骤e至少2次，使氮离子与钛离子都进行至...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，
申请(专利权)人：山东增材工业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37