一种奥氏体不锈钢高性能化低温高效离子复合渗表面改性方法技术

本发明专利技术属于金属表面处理技术领域，涉及一种奥氏体不锈钢高性能化低温高效离子复合渗表面改性方法，针对高温离子渗氮会析出CrN，使固溶铬下降，降低奥氏体不锈钢的耐蚀性；而活性原子在低温扩散速度低，导致渗氮效率低下的问题。本发明专利技术将原始态奥氏体不锈钢加工切割成试样；将试样打磨处理后在有机溶剂中超声清洗并烘干；将试样放入真空渗氮炉中，在试样周围添加TC4丝进行离子复合渗处理。本发明专利技术使用的低温离子复合渗表面改性方法，避免形成CrN，保持奥氏体不锈钢优异耐蚀性；并通过在奥氏体不锈钢表面形成S相与Ti2N相，大幅度提升奥氏体不锈钢表面硬度；同时显著提高离子渗氮效率的效果。效果。

【技术实现步骤摘要】
一种奥氏体不锈钢高性能化低温高效离子复合渗表面改性方法


[0001]本专利技术属于金属表面处理
，特别涉及一种奥氏体不锈钢高性能化低温高效离子复合渗表面改性方法。

技术介绍

[0002]奥氏体不锈钢因其良好的耐蚀性能广泛应用于石油、化工、海洋、制药、食品等工业中，但由于其表面硬度较低、耐磨性能较差，使用这类材料制造耐磨机械零部件通常因表面磨损过早失效，难以满足使用要求，所以其推广应用受到了很大限制。
[0003]离子渗氮技术是目前生产中应用较为广泛的渗氮工艺，该项技术能够显著提高材料表面硬度、耐磨性、耐疲劳性以及耐蚀性，且具有渗层均匀、工序简单、工件变形小及无污染等优点。但目前奥氏体不锈钢离子渗氮技术，当采用高温离子渗氮(＞450℃)，其渗氮效率高，但对奥氏体不锈钢的耐蚀性影响很大；而采用低温(≤450℃)离子渗氮技术，一定程度上不影响奥氏体不锈钢的耐蚀性能，但低温渗氮时存在活性原子在低温扩散速度低，导致渗氮效率低下，渗氮周期长等问题，现有技术中解决此类问题的方法包括激光冲击、预氧化、金属复合渗等，对于渗层组织及性能都具有较高提升，其中现有金属复合渗技术使用温度都较高，这将对奥氏体不锈钢耐蚀性能有极大影响。因此，如何采用低温渗氮、低温金属复合渗的方法，在保证耐蚀性，渗氮效率不受影响的条件下，还能达到更高的硬度，更厚的有效硬化层，是本专利技术所要解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：基于奥氏体不锈钢高、低温离子渗氮分别存在的问题，本专利技术提供一种奥氏体不锈钢高性能化低温高效离子复合渗表面改性方法。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种奥氏体不锈钢高性能化低温高效离子复合渗表面改性方法，包括以下步骤：
[0006](1)将原始态奥氏体不锈钢加工切割成试样。所述原始态奥氏体不锈钢选择304不锈钢，采用线切割加工成试样尺寸为10mm
×
10mm
×
5mm。
[0007](2)将试样进行打磨处理后在有机溶剂中进行超声清洗并烘干。打磨处理为：将试样分别用600#～2000#的SiC砂纸进行打磨，打磨至镜面，有机溶剂中进行超声清洗的过程为：将试样浸泡于无水乙醇中超声波清洗10min。
[0008](3)将烘干后的试样放入真空渗氮炉中，通过在试样表面周围添加TC4丝，进行低温离子复合渗处理。
[0009]添加方式为每克试样表面周围添加200mg～400mgTC4丝；后续进行抽真空，通入氢气溅射清洗，炉压保持300Pa，溅射清洗时间为30min(溅射清洗条件为炉内气压300Pa，氢气流量500ml/minl)；溅射清洗后通入氮气，氮氢气体流量比为1：3，氮氢混合气体总流量为700ml/min，工作气压为470Pa；离子复合渗温度为400℃～450℃，氮化时间为4h～8h。
[0010]其中试样尺寸规定为10
×
10
×
5(mm)，可同比例放大。如果TC4丝低于200mg/g，TC4的添加对试样基本无影响，起不到渗金属的作用效果。高于400mg/g，则有效硬化层厚度不再增加。
[0011]低温离子复合渗处理后，进行表面性能测试分析，具体方法如下：
[0012]1)采用光学金相显微镜观察截面显微组织；
[0013]2)采用维氏显微硬度计进行硬度测试分析，并测量有效硬化层厚度；
[0014]3)采用X射线衍射仪进行物相分析；
[0015]4)采用电化学工作站进行耐蚀性分析。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017](1)本专利技术选择TC4钛丝作为渗金属材料，结合离子渗氮，同时低温离子渗氮和渗金属，两者协同后使得原材料本身的耐蚀性不变甚至略有提高的前提下，硬度显著提高，达到耐蚀性与硬度等同时兼顾的效果奥氏体不锈钢耐蚀性能不降低；
[0018](2)低温渗氮+低温渗金属处理后，渗层表面生成S相及微量高硬度强化相Ti2N，显著提升奥氏体不锈钢表面硬度；
[0019](3)低温下仍然可以具有高渗氮效率。
[0020]本专利技术提供了奥氏体不锈钢简便高效的高性能化表面改性方法。
[0021]下面结合附图对本专利技术进一步说明。
附图说明
[0022]图1是304不锈钢经常规低温离子渗氮处理420℃/4h(即对比例1)后的渗层显微组织图；
[0023]图2是304不锈钢经常规高温离子渗氮处理520℃/4h(即对比例2)后的渗层显微组织图；
[0024]图3是304不锈钢经高温离子复合渗处理520℃/4h(即对比例3)后的渗层显微组织图；
[0025]图4是304不锈钢经低温离子复合渗处理420℃/4h(即实施例1)后的渗层显微组织图；
[0026]图5是304不锈钢经低温离子复合渗处理420℃/4h(即实施例2)后的渗层显微组织图；
[0027]图6是304不锈钢在不同工艺条件下的动电位极化曲线图(对应对比例2，3实例1，2)；
[0028]图7是304不锈钢在不同工艺条件下截面显微硬度图(对应对比例1，2，3实施例1，2)；
[0029]图8是304不锈钢在不同工艺下的物相分析图(对应对比例1，3实施例1，2)。
具体实施方式
[0030]现在结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，以下实施例旨在说明本专利技术而不是对本专利技术的进一步限定。
[0031]实施例1
[0032](1)将304不锈钢加工切割成尺寸为10mm
×
10mm
×
5mm的试样。
[0033](2)将试样依次分别用600#～2000#的SiC砂纸进行打磨至镜面，浸泡于无水乙醇中进行超声波清洗10min，从而去除表面油污及其他杂质，吹干待用。
[0034](3)将试样放入真空渗氮炉中，在试样表面周围添加TC4丝，具体为：每克试样表面周围添加200mg，先进行30min溅射清洗。
[0035](4)溅射清洗完毕后，在给定的工艺参数420℃/4h下进行低温离子渗氮。真空渗氮炉的型号为LDMC
‑
8CL，氮氢流量比为1:3，氮氢混合气体的总流量为700ml/min；
[0036](5)取出离子复合渗处理后的试样，采用光学金相显微镜观察截面显微组织，渗层显微组织见图4。
[0037](6)采用HXD
‑
1000TMC型维氏显微硬度计进行硬度分析，并使用original进行有效硬化层厚度分析。
[0038](7)采用D/max
‑
2500型X射线衍射仪进行物相分析。
[0039](8)采用CS350电化学工作站进行耐蚀性分析。
[0040]实施例2
[0041](1)将304不锈钢加工切割成尺寸为10mm
×
10mm
×
5mm的试样。
[0042](2)将试样依次本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种奥氏体不锈钢高性能化低温高效离子复合渗表面改性方法，其特征在于：所述方法工艺步骤如下：(1)将原始态奥氏体不锈钢加工切割成试样；(2)将试样进行打磨处理后在有机溶剂中进行超声清洗并烘干；(3)将烘干后的试样放入真空渗氮炉中，在试样表面添加TC4丝，在400℃～450℃温度下进行低温离子复合渗处理；(4)取出复合渗处理后的试样，进行表面性能测试分析。2.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢高性能化低温高效离子复合渗表面改性方法，其特征为：所述的步骤(1)中原始态奥氏体不锈钢为304奥氏体不锈钢。3.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢高性能化低温高效离子复合渗表面改性方法，其特征为：所述的步骤(2)中打磨处理为：将试样用600#～2000#的SiC砂纸进行打磨，打磨至镜面，有机溶剂中进行超声清洗...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡静，李润涛，魏坤霞，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：