一种离子硬化层及其制备方法技术

本发明专利技术属于合金表面改性技术领域，具体涉及一种离子硬化层及其制备方法。该制备方法包括炉体经抽真空后，对基体进行打弧、升温、通气氛、保温、降温。本发明专利技术制得的硬化层的硬度高，与基体之间为冶金结合，结合强度高，抗冲击性能好，可避免热喷涂涂层结合强度低及stellite合金成本高、脆性大等缺陷；该方法得到的硬化层为氮的过饱和固溶体，没有铬的氮化物析出，在650

【技术实现步骤摘要】
一种离子硬化层及其制备方法


[0001]本专利技术属于合金表面改性
，具体涉及一种离子硬化层及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着我国国民经济的不断迅速发展，对电力的需求将愈来愈大，同时对环保和控制污染排放的要求也愈来愈高，发展高效、节能、环保的高参数超超临界火力发电机组势在必行。近年来，我国火电机组结构持续优化，超临界、超超临界机组比例明显提高。实现A
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USC机组发电系统的关键技术和瓶颈之一是要研发出低成本、高性能的关键部件用高温合金。
[0003]相比大管道、过/再热器等关键热端部件，高温阀门因与主蒸汽室装配，其与主蒸汽室的密封面不断受到高温高压蒸汽的冲刷、扰动；工作环境的恶劣、强腐蚀、强冲刷、磨损容易导致密封面磨损，造成密封不严的现象，使得机组无法安全、可靠运行，给生产造成不可估量的损失。为了满足恶劣的工况并具备良好的综合性能，阀门部件使用的材料已升级为国际上开发高温性能较好的高温合金，但其使用环境的复杂性使得上述氧化、力学性能优异的新型高温合金在抗磨损性能方面受到了考验。
[0004]为了进一步提高高温合金在恶劣环境中性能，一般会对合金表面进行处理。国内外在超过600℃以上工况，普遍采用的表面工艺技术为表面热喷涂NiCr
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Cr3C2耐磨涂层，等离子喷焊或激光熔覆司太立合金。其中，热喷涂NiCr
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Cr3C2涂层能够在800℃下保持较高硬度和抗氧化性能，生产效率高，但是与基材结合以机械结合为主、结合强度较低，抗冲击性能较差；等离子喷焊或激光熔覆stellite 6#或stellite 21#合金能够在高温下保持较高硬度和良好抗氧化性能，能够满足性能要求，合金层与基材的结合为冶金结合，结合强度高、可承受一定冲击载荷，但stellite合金的成本高、硬度高、脆性大，在大的焊接应力下stellite喷焊层易开裂。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于针对高温合金作为阀门部件使用材料，在实际应用中密封面磨损后，造成密封不严的现象；克服现有技术中热喷涂涂层与基材的结合强度低、抗冲击性能和耐腐蚀性差，以及堆焊司太立合金的成本高、在大的焊接应力下易开裂等缺陷，从而提供了一种离子硬化层及其制备方法。
[0006]为此，本专利技术提供了以下技术方案。
[0007]本专利技术提供了一种离子硬化层的制备方法，包括：炉体经抽真空后，对基体进行打弧、升温、通气氛、保温、降温；
[0008]其中，所述打弧、升温和通气氛的具体步骤包括：
[0009](1)调整电压为650
‑
850V，待压力升至为70
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90Pa，增大占空比至炉内开始打弧；
[0010](2)当打弧减弱后，调整占空比至60
‑
80％，继续打弧；
[0011](3)当打弧减弱后，通入气氛，调整占空比为15
‑
25％，压力为70
‑
90Pa，气氛流量
350
‑
450ml/min，继续打弧；
[0012](4)当打弧减弱后，调整占空比20
‑
32％，压力为300
‑
400Pa，气氛流量为700
‑
900ml/min，直至温度为420
‑
550℃。
[0013]其中，打弧减弱是指放电的辉光减弱的现象。
[0014]所述气氛包括(1)
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(2)中的至少一种：
[0015](1)氨气；
[0016](2)氢气和氮气的混合气体；
[0017]优选地，所述氢气和氮气的流量比为3：1。
[0018]所述基体为奥氏体不锈钢、镍基高温合金和镍铁合金中的至少一种。
[0019]其中，在本专利技术中，镍铁基合金中Cr含量为15
‑
18％，Fe含量为40
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45％，铝和钛的总含量为3
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5％，余量为镍。
[0020]所述保温的时间为4
‑
12h。
[0021]进一步地，离子硬化层的制备方法的电源采用脉冲电源。
[0022]进一步地，在进行所述打弧前，炉体抽真空后的真空度值不高于13Pa；
[0023]优选地，炉体抽真空后的真空度为6
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13Pa。
[0024]进一步地，在进行所述打弧前，还包括对炉体加压至35
‑
45Pa的步骤。
[0025]此外，本专利技术还提供了一种离子硬化层，采用上述制备方法制得，所述离子硬化层与基体为冶金结合。
[0026]所述离子硬化层的厚度为10
‑
30μm。
[0027]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0028]1.本专利技术提供的离子硬化层的制备方法，该制备方法包括炉体经抽真空后，对基体进行打弧、升温、通气氛、保温、降温。本专利技术制得的硬化层的硬度高，与基体之间为冶金结合，结合强度高，抗冲击性能好，可避免热喷涂涂层结合强度低及stellite合金成本高、脆性大等缺陷；该方法得到的硬化层为氮的过饱和固溶体，没有铬的氮化物析出，在650
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750℃的水蒸汽环境下不会降低合金基体氧化性能，具有较高的耐蚀性，合金硬度为700
‑
1100HV。
[0029]通过控制对炉体抽真空可以排出空气，提供电离环境，排出环境等其他因素的影响。温度和保温影响能否渗氮、渗氮层厚度和渗氮形式，温度过低无法渗入，温度过高会形成氮化物，通过控制温度为420
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550℃，可以保证渗层的形成。
[0030]占空比和电压是加热热量的来源，在一定真空度下，通过微量的含氮气体，利用辉光放电产生电子和离子，离子直接轰击零件传递热能，使被处理零件达到处理温度，该温度可以使N离子扩散到基体并结合电子形成N原子，并在温度的配合下扩散固溶到基体内部，而不影响基体性能。控制气氛流量主要是控制氮的来源，在硬化层制备过程中，部分氢气和氮气会生成氨气，氢气和氮气合成氨为可逆反应，气氛流量太低，氨气无法分解产生氢气和氮气，气氛流量太高，对于渗层来说，N过量，产生浪费；分解率取决于流量的大小和温度的高低，流量越大则氨气分解率越低，流量越小则氨气分解率越高，温度愈高氨气分解率愈高，温度愈低氨气分解率亦愈低。因此，本专利技术在特定气氛流量、温度下进行可以提高气氛的利用率，并且满足渗层对N的需求。
[0031]本专利技术通过控制离子硬化层制备方法中的各个参数可以保证硬化层的形成，以及
硬化层与基体的结合性能。
[0032]本专利技术通过控制打弧升温过程中的占空比、压力、气氛流量、温度、真空度等参数，通过渗氮来提高基体的硬度，抗磨性，而不改变基体本身性能。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子硬化层的制备方法，其特征在于，包括：炉体经抽真空后，对基体进行打弧、升温、通气氛、保温、降温；其中，所述打弧、升温和通气氛的具体步骤包括：(1)调整电压为650
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850V，待压力升至为70
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90Pa，增大占空比至炉内开始打弧；(2)当打弧减弱后，调整占空比至60
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80％，继续打弧；(3)当打弧减弱后，通入气氛，调整占空比为15
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25％，压力为70
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90Pa，气氛流量350
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450ml/min，继续打弧；(4)当打弧减弱后，调整占空比20
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32％，压力为300
‑
400Pa，气氛流量为700
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900ml/min，直至温度为420
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550℃。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述气氛包括(1)
‑
(2)中的至少一种：(1)氨气；(2)氢气和氮气的混合气体；优选地，所述氢气和氮气的流量比为3：...

【专利技术属性】
技术研发人员：周永莉，鲁金涛，刘鹏，张醒星，李力敏，杨珍，黄锦阳，张鹏，李沛，党莹樱，袁勇，严靖博，尹宏飞，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：