一种钢用不锈涂层结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及金属表面处理技术领域，具体涉及一种钢用不锈涂层结构及其制备方法，钢用不锈涂层结构包括由内到外依次设于钢外表面的第一氮化铌层、氮化铬层和第二氮化铌层，所述第一氮化铌层、氮化铬层和第二氮化铌层的厚度比为0.4

【技术实现步骤摘要】
一种钢用不锈涂层结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属表面处理
，尤其涉及一种钢用不锈涂层结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]现有的钢表面复合处理方法，可以在奥氏体不锈钢表面形成具有一定厚度的高硬度、高结合力、低摩擦系数、常温耐腐蚀和耐磨损的复合表层。
[0003]在申请号为CN201910368119.7，专利技术名称为一种奥氏体不锈钢表层的复合处理方法的专利中，其包括耐蚀强化渗氮和物理气相沉积(PVD)处理。该专利将奥氏体不锈钢工件在400℃～450℃之间进行低温渗氮，表层获得耐蚀硬化层，然后将完成耐蚀强化处理后的不锈钢工件进行PVD处理，在工件表面沉积一层化学性质稳定、低摩擦系数的涂层。但是采用此种复合处理方法后，钢的高温耐腐蚀性不够高。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种钢用不锈涂层结构及其制备方法，以解决钢高温耐腐蚀性不高的问题。
[0005]基于上述目的，本专利技术提供了一种钢用不锈涂层结构，包括由内到外依次设于钢外表面的第一氮化铌层、氮化铬层和第二氮化铌层，所述第一氮化铌层、氮化铬层和第二氮化铌层的厚度比为0.4
‑
0.7：0.8：0.9。
[0006]所述第一氮化铌层、氮化铬层和第二氮化铌层的总厚度为3
‑
3.5微米。当总厚度设置在此范围内，能满足一定高温耐腐蚀性能，若厚度过厚，一方面会影响使用，另一方面会导致成本增加。
[0007]所述第一氮化铌层、氮化铬层和第二氮化铌层的厚度比为0.6：0.8：0.9。采用此配比为最佳配比，使钢在1575℃之后才出现腐蚀。
[0008]本专利技术还提供所述钢用不锈涂层结构的制备方法，包括如下步骤：
[0009]步骤一、对钢试样进行预处理；
[0010]步骤二、将预处理后的钢试样在真空环境中，经加热、调压、溅射、铌靶轰击、送入氮气形成第一氮化铌层后，降温后取出钢试样进行常温冷却；
[0011]步骤三、将步骤二处理后的钢试样在真空环境中，经加热、调压、溅射、铬靶轰击、送入氮气形成氮化铬层；
[0012]步骤四、将步骤三处理后的钢试样在真空环境中，经加热、调压、溅射、铌靶轰击、送入氮气形成第二氮化铌层后，降温后取出钢试样进行常温冷却。
[0013]所述步骤一中对钢试样进行预处理的方法为将钢试样先进行磨砂、抛光，之后进行清洗，然后通过碱液除油、去脂，烘干后加入酸液中进行超声处理，最后经清洗后进行干燥备用。
[0014]优选的，所述碱液为质量分数为4％的氢氧化钠水溶液，所述酸液为质量分数为
0.5％的盐酸溶液，所述烘干的温度为105
‑
115℃。
[0015]可选的，所述步骤二的处理方法为将钢试样装入炉中，抽真空2
‑
2.5
×
10
‑3Pa，加热升温到500
‑
510℃后，送入氩气，氩气气流速度为7
‑
10mL/min，压力调节为0.5
‑
0.7Pa，之后对钢试样加负偏电压750
‑
800V，辉光溅射15
‑
20min，钢试样经清洗后调整负偏电压到100
‑
110V，铌靶材电流调节为110
‑
120A，通过铌离子高能轰击钢试样，以活化钢试样表面，然后通入氮气，调节压力为0.6
‑
0.8Pa，氮气气流速度为30
‑
50mL/min，以形成第一氮化铌层，最后将钢试样随炉降温至150℃后取出常温冷却。
[0016]可选的，所述步骤三的处理方法为将表面表面敷第一氮化铌层的钢试样装入炉中，抽真空4
×
10
‑3Pa，加热升温到450
‑
480℃后，送入氩气，氩气气流速度为6
‑
9mL/min，压力调节为0.6
‑
0.7Pa，之后对钢试样加负偏电压750
‑
800V，辉光溅射5
‑
9min，钢试样经清洗后调整负偏电压到80
‑
85V，铬靶材电流调节为100
‑
120A，通过铬离子高能轰击钢试样，以活化钢试样表面，然后通入氮气，调节压力为0.7
‑
0.8Pa，氮气气流速度为35
‑
45mL/min，以形成氮化铬层。
[0017]可选的，所述步骤四的处理方法为将钢试样装入炉中，抽真空2.2
‑
2.5
×
10
‑3Pa，加热升温到480
‑
520℃后，送入氩气，氩气气流速度为8
‑
9mL/min，压力调节为0.6
‑
0.8Pa，之后对钢试样加负偏电压720
‑
810V，辉光溅射7
‑
10min，调整负偏电压到108
‑
116V，铌靶材电流调节为100
‑
120A，通过铌离子高能轰击钢试样，以活化钢试样表面，然后通入氮气，调节压力为0.75
‑
0.85Pa，氮气气流速度为70
‑
80mL/min，以形成第二氮化铌层，最后将钢试样随炉降温至150℃后取出常温冷却。
[0018]本专利技术的有益效果：
[0019]1、本专利技术的钢用不锈涂层结构中，由于氮化铬和氮化铌本身都具有优异的性能，它们在高温下不几乎不参与反应，它们的抗热冲击性都很好，因此，具有优越的高温耐腐蚀能力。
[0020]2、本专利技术中，第一氮化铌内中的铌与钢基体中的铌易于形成涂层与基体的链接纽带，可将第一氮化铌与钢有机结合起来。氮化铬夹在两层氮化铌之间，形成复合结构，不仅可以增强材料的硬度，还可以改善材料韧性，因此，极大地改善了涂层的耐磨性。
[0021]3、本专利技术提供的钢用不锈涂层结构的制备方法，工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。
具体实施方式
[0022]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利技术进一步详细说明。
[0023]需要说明的是，除非另外定义，本专利技术使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本专利技术中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0024]本专利技术涉及一种钢用不锈涂层结构，包括由内到外依次设于钢外表面的第一氮化
铌层、氮化铬层和第二氮化铌层，第一氮化铌层、氮化铬层和第二氮化铌层的厚度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢用不锈涂层结构，其特征在于，包括由内到外依次设于钢外表面的第一氮化铌层、氮化铬层和第二氮化铌层，所述第一氮化铌层、氮化铬层和第二氮化铌层的厚度比为0.4
‑
0.7：0.8：0.9。2.根据权利要求1所述钢用不锈涂层结构，其特征在于，所述第一氮化铌层、氮化铬层和第二氮化铌层的总厚度为3
‑
3.5微米。3.根据权利要求1所述钢用不锈涂层结构，其特征在于，所述第一氮化铌层、氮化铬层和第二氮化铌层的厚度比为0.6：0.8：0.9。4.根据权利要求1所述钢用不锈涂层结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、对钢试样进行预处理；步骤二、将预处理后的钢试样在真空环境中，经加热、调压、溅射、铌靶轰击、送入氮气形成第一氮化铌层后，降温后取出钢试样进行常温冷却；步骤三、将步骤二处理后的钢试样在真空环境中，经加热、调压、溅射、铬靶轰击、送入氮气形成氮化铬层；步骤四、将步骤三处理后的钢试样在真空环境中，经加热、调压、溅射、铌靶轰击、送入氮气形成第二氮化铌层后，降温后取出钢试样进行常温冷却。5.根据权利要求4所述钢用不锈涂层结构的制备方法，其特征在于，所述步骤一中对钢试样进行预处理的方法为将钢试样先进行磨砂、抛光，之后进行清洗，然后通过碱液除油、去脂，烘干后加入酸液中进行超声处理，最后经清洗后进行干燥备用。6.根据权利要求5所述钢用不锈涂层结构的制备方法，其特征在于，所述碱液为质量分数为4％的氢氧化钠水溶液，所述酸液为质量分数为0.5％的盐酸溶液，烘干的温度为105
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115℃。7.根据权利要求4所述钢用不锈涂层结构的制备方法，其特征在于，所述步骤二的处理方法为将钢试样装入炉中，抽真空2
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2.5
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10
‑3Pa，加热升温到500
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510℃后，送入氩气，氩气气流速度为7
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10mL/min，压力调节为0.5
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0.7Pa，之后对钢试样加负偏电压750
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800V，辉光溅射15
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20min，钢试样经清洗后调整负偏电压到100
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110V，铌靶材电流调节为110
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵浩峰，何孔杰，周衍浩，陈家星，
申请(专利权)人：安徽信息工程学院，
类型：发明
国别省市：