一种渗镀复合涂层的制备方法技术

本发明专利技术提供一种渗镀复合涂层的制备方法，用于钢铁基体（10）表面，包括以下步骤：a、除油清洗；b、预热处理；c、渗氮层（20）制备；d、二次清洗；e、表面活化；f、电镀铬层；g、清洗干燥。该方法通过渗层与镀层结合的方式，从而提升基体的支撑性、提高镀层结构的耐冲击、抗剥落、抑制裂纹的能力，进而提升基体表面涂层整体在高温、高频、高压冲击或挤压磨损的极端工况下的综合性能，确保构件的使用寿命，避免构件因长期磨损而导致性能降低、甚至出现安全问题。甚至出现安全问题。甚至出现安全问题。

【技术实现步骤摘要】
一种渗镀复合涂层的制备方法


[0001]本专利技术涉及表面处理
，具体涉及一种渗镀复合涂层的制备方法。

技术介绍

[0002]现有的机械设备构件在生产使用过程中、会伴随大量的摩擦，造成构件损伤、加速构件老化，从而影响构件的使用性能与使用寿命。为了保证机械设备的耐磨性能、避免构件老化严重，现有技术往往选用镀铬的表面处理方式，从而保证构件的安全使用性能。镀铬层由于其硬度高、耐磨耐蚀性好、熔点高、抗高温氧化与抗烧蚀性强等优点，是综合性能极为优异的功能性镀层，被广泛用于各个领域中的构件表面。
[0003]然而，在某些极端工况下，构件的镀铬层会承受高压、高频、高温的冲击或挤压，例如：发动机缸盖气门座圈锥面、枪管或炮管内膛等。传统的镀铬工艺为直接在钢铁材料表面进行电镀，在如上所述的极端工况作用下，钢铁基体由于高温作用导致其强度急剧下降，同时配合强冲击或挤压力的作用、导致其（即钢铁基体）产生塌陷，从而引起镀铬层开裂、造成镀铬层从钢铁基体表面早期剥落，进而使得钢铁基体表面直接暴露在环境中，影响构件的使用寿命与性能。

技术实现思路

[0004]针对以上现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种渗镀复合涂层的制备方法，该方法通过渗层与镀层结合的方式，从而提升基体的支撑性、提高镀层 结构的耐冲击、抗剥落、抑制裂纹的能力，进而提升基体表面涂层整体在高温、高频、高压冲击或挤压磨损的极端工况下的综合性能，确保构件的使用寿命，避免构件因长期磨损而导致性能降低、甚至出现安全问题。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种渗镀复合涂层的制备方法，用于钢铁基体表面，其特征在于：包括以下步骤：a、除油清洗：将待处理的钢铁基体放入清洗装置中、以去除其表面的油污；b、预热处理：将步骤a中清洗后的钢铁基体放置在预热炉中进行预热，去除钢铁基体表面的水分；c、渗氮层制备：将步骤b中预热后的钢铁基体放入盐浴渗氮装置中、采用含有稀土元素的盐浴进行渗氮层的制备；d、二次清洗：首先采用冷水对步骤c中渗氮层制备后的钢铁基体进行清洗、再采用热水对冷水清洗后的钢铁基体进行清洗，以去除钢铁基体表面的残盐；清洗后进行晾干或烘干处理；通过冷水+热水的配合洗涤，在节约能源的基础上，能够有效去除钢铁基体表面的残盐；e、表面活化：采用等离子轰击的方式对步骤d中二次清洗后的钢铁基体渗氮层表面进行轰击；f、电镀铬层：将步骤e中表面活化处理后的钢铁基体放在镀铬槽中进行电镀、获得
镀铬层；g、清洗干燥：采用流动的水对步骤f中电镀后的钢铁基体进行清洗，清洗后烘干处理，得到含渗镀复合涂层的构件。
[0006]作进一步优化，所述步骤a中清洗装置中采用有机溶剂或金属清洗剂中任一种对钢铁基体表面进行清洗。
[0007]作进一步优化，所述步骤b中的预热炉温度为200～300℃、预热时间为10～30min。
[0008]采用预热处理，使得钢铁基体表面形成氧化层；预氧化处理利于氮原子的吸附，从而保证渗氮层制备的效果（即获得更深且更均匀的渗氮层），进而确保整体渗镀复合涂层的耐磨耐蚀性与使用寿命，避免后续制备的镀层结构出现开裂、脱落等问题。
[0009]作进一步优化，所述步骤c中盐浴渗氮装置中含有稀土元素的盐浴主要成分为CO(NH2)2、Na2CO3、KCl及稀土元素添加剂，其重量百分比分别为20～30%、40～50%、15～25%、1～6%。
[0010]优选的，所述稀土元素添加剂为氯化镧与碳酸镧的混合物，其质量比为1～8：2～11。
[0011]作进一步优化，所述步骤c中渗氮层制备的工艺温度为520～580℃、时间为30～300min。
[0012]作进一步优化，所述步骤e中等离子轰击钢铁基体的工艺温度为150～300℃、时间为2～10h、偏压为150～500V。
[0013]优选的，所述步骤e中等离子气体源可采用霍尔源或阴极电弧源中的任一种。
[0014]由于渗氮过程是氮由钢铁基体表面向内心部分扩散的过程，表面氮的浓度高、易形成含氮浓度高的Fe2‑3N化合物层，而Fe2‑3N化合物层硬度高、韧性差、脆性大，在高压、高温与高频的挤压或冲击下，易出现变形与开裂，从而造成表面的电镀铬层开裂、脱落等问题。本申请首先通过上述特定配方的盐浴进行渗氮层制备，有效抑制Fe2‑3N化合物层的生长，提高韧性较好的Fe4N扩散层的生长比例，从而提高渗层的韧性、降低渗层的脆性和变形；然后再通过等离子轰击的表面活化处理工艺，进一步去除了基体表面的Fe2‑3N化合物层，从而保证整个渗层的韧性高、变形量低。并且，等离子轰击的活化处理工艺还能在对渗层表面清洁的同时实现渗层表面的毛化，从而提高渗层与镀层界面间的结合力；此外，等离子轰击能够有效提升基体表面的分子运动速率，从而电镀时的效果，进一步确保镀层与渗层的结合力。
[0015]作进一步优化，所述步骤f中镀铬槽中的镀铬液包括：250～350g/L的CrO3、2.5～4g/L的H2SO4、3～7g/L的Cr2O3、1～6g/L的Fe，其余为去离子水。
[0016]作进一步优化，所述步骤f中电镀铬层的工艺条件为：镀液温度为40～60℃、电流密度为30～45A/dm2。
[0017]作进一步优化，所述步骤g中烘干处理的温度为50～70℃。
[0018]作进一步优化，所述钢铁基体采用高强钢，则需要在步骤g清洗干燥后8h内进行去氢处理、避免出现氢脆。
[0019]本专利技术具有如下技术效果：采用本申请方法制备得到的渗层硬度为400～700HV、镀层硬度为700～1100HV，从而形成合理的硬度梯度分布，有效提升构件（即钢铁基体）的支撑能力、避免构件塌陷；同时，本申请将渗氮层的高温支撑性优良的特性与镀铬层耐磨抗烧蚀性能强的优点相结合，
从而确保构件在高压、高频与高温的冲击或挤压，具有优异的耐磨抗烧蚀性能；有效避免镀层在冲击或挤压过程中，镀层出现开裂、变形、甚至断裂，从而避免构件表面直接暴露在外接环境中，出现损耗严重、老化严重、使用寿命急速降低等问题。
[0020]通过本申请制备的复合涂层，渗层表面的应力状态为压应力，从而有效抑制镀层裂纹的扩展，避免镀层在高压、高频于高温的冲击或挤压的情况下出现开裂；同时，镀层与渗层之间结合强度高，能够有效避免镀层的脱落。采用本申请处理后的构件表面相对于只进行镀铬处理的构件、其使用寿命提升了30～50%，从而拉长构件更换周期、降低成本。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例中渗镀复合涂层的结构示意图。
[0022]图2为本专利技术实施例中渗镀复合涂层的截面金相图。
[0023]其中，10、钢铁基体；20、渗氮层；30、镀铬层。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0025]实施例1：一种渗镀复合涂层的制备方法，用于钢铁基体10、如发动机缸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种渗镀复合涂层的制备方法，用于钢铁基体（10）表面，其特征在于：包括以下步骤：a、除油清洗：将待处理的钢铁基体（10）放入清洗装置中、以去除其表面的油污；b、预热处理：将步骤a中清洗后的钢铁基体（10）放置在预热炉中进行预热，去除钢铁基体（10）表面的水分；c、渗氮层（20）制备：将步骤b中预热后的钢铁基体（10）放入盐浴渗氮装置中、采用含有稀土元素的盐浴进行渗氮层（20）的制备；d、二次清洗：首先采用冷水对步骤c中渗氮层（20）制备后的钢铁基体（10）进行清洗、再采用热水对冷水清洗后的钢铁基体（10）进行清洗，以去除钢铁基体（10）表面的残盐；清洗后进行晾干或烘干处理；e、表面活化：采用等离子轰击的方式对步骤d中二次清洗后的钢铁基体（10）渗氮层（20）表面进行轰击；f、电镀铬层：将步骤e中表面活化处理后的钢铁基体（10）放在镀铬槽中进行电镀、获得镀铬层（30）；g、清洗干燥：采用流动的水对步骤f中电镀后的钢铁基体（10）进行清洗，清洗后烘干处理，得到含渗镀复合涂层的构件。2.根据权利要求1所述的一种渗镀复合涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：所述步骤a中清洗装置中采用有机溶剂或金属清洗剂中任一种对钢铁基体（10）表面进行清洗。3.根据权利要求1或2所述的一种渗镀复合涂层的制备方法，其特征在于：包括以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴护林，李忠盛，李立，杨九州，丛大龙，周少兰，黄安畏，张昭林，陈汉宾，詹青青，
申请(专利权)人：中国兵器装备集团西南技术工程研究所，
类型：发明
国别省市：