一种奥氏体不锈钢表面渗镀复合处理方法及应用技术

本发明专利技术揭示了一种奥氏体不锈钢表面渗镀复合处理方法及应用。所述处理方法包括：在保护气氛中，将奥氏体不锈钢基体埋入渗铬剂中，进行真空渗铬，获得渗铬层；采用多弧离子镀技术在所述渗铬层表面沉积CrAlN涂层或CrAlNO涂层。通过本发明专利技术的处理方法可提高奥氏体不锈钢材料表面的耐磨耐蚀性和抗高温氧化性，在高温、腐蚀工况下的运动零部件具有很好的防护作用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种奥氏体不锈钢表面渗镀复合处理方法及应用


[0001]本专利技术属于表面防护涂层领域，具体涉及一种奥氏体不锈钢表面渗镀复合处理方法。

技术介绍

[0002]渗铬是在一定温度下，活性铬原子吸附在试样表面，并通过铬、铁、碳的相互扩散在钢表面形成铬的合金层，即高铬化合物的过程。渗铬后，钢的表面层与基体金属以金属化合物的形式相结合，结合键能很大，因此渗铬也可以称为表面铬的合金化。渗铬可以提高材料表面硬度、耐磨性、抗氧化性以及抗高温等性能。根据工艺过程的物理化学特性分类可将渗铬方法分为：固体法、气体法和液体法。
[0003]奥氏体不锈钢渗铬，即铬原子渗入钢中，不仅能够起到一定的固溶强化的作用，还能与钢种碳元素结合形成具高硬度、高强度的碳化物。如M23C6型碳化物，其硬度达1200HV0.02，当钢中含碳量较高时，可以形成更高硬度、更耐磨的M7C3型碳化物，其硬度为1800HV0.02，并且该碳化物具有优良韧性，这类碳化物能有效提升表面性能。
[0004]一般来说，影响钢表面耐磨性的因素很多重要。研究表明，试样经渗铬处理后，其中钢材表面化合物的分布和硬度最为在表面覆盖一层碳铬化合物，其硬度较高，弥散均匀分布，可有效抵挡外界摩擦，提高耐磨性。渗层表面形成了致密碳铬化合物层，且铬可显著提高表面的电极电位，故渗铬层表面抗蚀性优良。研究表明，钢渗铬后耐蚀性显著增加，但在不同的腐蚀介质呈现出不同的耐蚀能力，在H2S腐蚀介质中其耐蚀性为未处理试样的2.14倍，在硫酸溶液中其耐蚀性为未处理试样的2.35倍，在氯化钠溶液中其耐蚀性为未处理试样的3.1倍。但表面碳铬化合物层较薄(≤10微米)，无法满足载荷大、高磨损、长时间服役零件的需求。
[0005]PVD技术包括真空蒸发、溅射镀膜和离子镀三大类，各种PVD技术的特点决定沉积效率和涂层质量。关于PVD涂层摩擦学方面的大量研究工作和应用实践已表明：氮化物涂层具有良好的摩擦学性能。PVD氮化物涂层在用于摩擦学目的涂层中占有最重要的地位，通常研究和应用最多的是TiN基和CrN基涂层。单一PVD技术制备涂层薄膜在载荷大、腐蚀性强的工况下容易脱落失效，缩短零部件的使用寿命，频繁更换增加了成本。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种奥氏体不锈钢表面渗镀复合处理方法，以克服现有技术中存在的不足。
[0007]为实现前述专利技术目的，本专利技术实施例采用的技术方案包括：
[0008]本专利技术实施例提供了一种奥氏体不锈钢表面渗镀复合处理方法，包括：
[0009]在保护气氛中，将奥氏体不锈钢基体埋入渗铬剂中，进行真空渗铬，获得渗铬层；
[0010]采用多弧离子镀技术在所述渗铬层表面沉积CrAlN涂层或CrAlNO涂层。
[0011]进一步地，所述渗铬剂包括如下质量百分比的组分：铬粉50～70％、氧化铝28～
49％、NH4Cl 0.5～1％和碘化铵0.5～1％。进一步地，所述铬粉的粒度为200～300目。
[0012]进一步地，所述氧化铝的粒度为100～200目。
[0013]本专利技术实施例还提供了由前述奥氏体不锈钢表面渗镀复合处理方法制得的涂层。
[0014]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0015]本专利技术通过渗铬不仅提高钢的耐磨耐蚀性，还能提高的抗高温氧化性，渗铬层在800℃工作环境下发生氧化，并能生长出连续单一的Cr2O3薄膜，这层薄膜对钢起到了保护作用，阻止了基体的氧化，CrAlN/CrAlNO涂层薄，不影响高精度零件的装配要求，该涂层在高温下具有良好的耐磨性和抗氧化性，利用本专利技术的处理方法制得的涂层既保持了传统渗铬后高硬度、耐腐蚀等的优点，且渗层厚，涂层薄，在高载荷工况下不容易脱落，对在高温、高磨损、腐蚀性强的环境下服役的的零部件具有良好的防护作用。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1是本专利技术实施例1以316L为基体的渗镀复合处理后截面厚度测试结果图。
[0018]图2是本专利技术实施例2以321为基体的渗镀复合处理后截面厚度测试结果图。
[0019]图3是本专利技术实施例3以316L为基体的渗镀复合处理后截面厚度测试结果图。
[0020]图4是本专利技术实施例1、2、3，对比例1、2及316基体摩擦系数测试结果图。
[0021]图5是本专利技术实施例1、2、3及对比例1、2纳米硬度测试结果图。
[0022]图6是本专利技术实施例1和对比例2划痕结合力测试结果图。
具体实施方式
[0023]鉴于现有技术中存在的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其主要是通过设计了真空渗铬和PVD技术相结合渗镀复合处理方法；利用真空渗铬术在基体表面制备渗铬层；采用PVD技术制备CrAlN系涂层。真空渗铬通过控制温度和时间来调控渗铬层厚度，PVD技术是通过电压、电流和时间调控涂层厚度。如下将对该技术方案、其实施过程及原理作进一步的解释说明。
[0024]本专利技术实施例的一个方面提供了一种奥氏体不锈钢表面渗镀复合处理方法，包括：
[0025]在保护气氛中，将奥氏体不锈钢基体埋入渗铬剂中，进行真空渗铬，获得渗铬层；
[0026]采用多弧离子镀技术在所述渗铬层表面沉积CrAlN涂层或CrAlNO涂层。
[0027]在一些优选实施例中，所述渗铬剂包括如下质量百分比的组分：铬粉50～70％、氧化铝28～49％、NH4Cl 0.5～1％和碘化铵0.5～1％。在一些优选实施例中，所述铬粉的粒度为200～300目。
[0028]在一些优选实施例这，所述氧化铝的粒度为100～200目。
[0029]在一些优选实施例中，所述保护气氛选用惰性气体，优选的，所述惰性气体包括氩气。
[0030]在一些优选实施例中，所述渗铬层具体通过如下步骤制备而成：
[0031]步骤1：将表面清洗去氧化膜处理后的奥氏体不锈钢基体埋入盛有渗铬剂的容器中，盖好盖子，密封容器装炉后启动真空泵开始抽真空，当真空度达到100Pa时，以80～120℃/h的速率升温到600～650℃，保温1～2h；
[0032]步骤2：再以40～100℃/h的速率从600～650℃升温至1050～1100℃，保温5～7h，该过程中进行渗铬；
[0033]步骤3：最后以50～100℃/h的速率从1050～1100℃降温至100～50℃，断绝热源工件随炉冷却，至50℃以下出炉空冷，获得渗铬层。
[0034]在一些更为优选的实施例中，所述的奥氏体不锈钢表面渗镀复合处理方法，还包括：将获得渗铬层的奥氏体不锈钢基体表面进行超声波清洗除杂，然后用氮气吹干。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种奥氏体不锈钢表面渗镀复合处理方法，其特征在于，包括：在保护气氛中，将奥氏体不锈钢基体埋入渗铬剂中，进行真空渗铬，获得渗铬层；采用多弧离子镀技术在所述渗铬层表面沉积CrAlN涂层或CrAlNO涂层。2.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢表面渗镀复合处理方法，其特征在于，所述渗铬剂包括按照质量百分比计算的如下组分：铬粉50～70％、氧化铝28～49％、NH4Cl 0.5～1％和碘化铵0.5～1％。3.根据权利要求2所述的奥氏体不锈钢表面渗镀复合处理方法，其特征在于：所述铬粉的粒度为200～300目；和/或，所述氧化铝的粒度为100～200目。4.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢表面渗镀复合处理方法，其特征在于：所述保护气氛选用惰性气体，优选的，所述惰性气体包括氩气。5.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢表面渗镀复合处理方法，其特征在于，包括：(1)将表面清洗去氧化膜处理后的奥氏体不锈钢基体埋入盛有渗铬剂的容器中，使所述容器密封并抽真空，当真空度达到100Pa时，以80～120℃/h的速率升温到600～650℃，保温1～2h；(2)再以40～100℃/h的速率从600～650℃升温至1050～1100℃，保温5～7h，同时进行渗铬；(3)以50～100℃/h的速率从1050～1100℃降温至100～50℃，冷却至50℃以下后空冷，获得渗铬层。6.根据权利要求5所述的奥氏体不锈钢表面渗镀复合处理方法，其特征在于，还包括：将获得渗铬层的奥氏体不锈钢基体表面进行超声波清洗除杂，之后干燥。7.根据权利要求5所述的奥氏体不锈钢表面渗镀复合处理方法，其特征在于：步骤(1)中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭武明，张学东，王立平，王海新，蒲吉斌，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：