本发明专利技术提供一种在瓦楞辊表面注渗氮化硅特种陶瓷的方法，其包含以下步骤：将瓦楞辊置于真空等离子热处理炉内，并与炉内阴极的阴极相连；密封开启真空系统，抽真空，之后充氢气与四氯化硅气体的混合气；启动真空等离子热处理炉的电源；提高工件电源电压，加大工件电流，使工件逐步升温，并保温；保温结束后，切断辉光电源，关闭阀门，工件冷却；排出四氯化硅与氢气混合气，将真空室抽真空后，充入氮气与氢气的混合气；再次启动电源；提高工件电源电压，加大工件电流，使工件逐步升温，并保温；本发明专利技术有效提高瓦楞辊的使用寿命，通过离子注渗的工艺，在瓦楞辊表面形成具有极高结合强度的氮化硅耐磨陶瓷层，将瓦楞辊寿命延长至１５００万长米，废品率控制在２％以下。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料表面改性处理
，是一种瓦楞辊表面强化热处理的新 技术。
技术介绍
瓦楞辊是瓦楞纸板生产线上的关键部件，在生产时既与瓦楞芯纸相对位移产生摩 擦挤轧，又受到原纸中夹杂物和矿物硬粒的撞击。因此，瓦楞辊楞齿的顶部极易磨损，导致 芯纸楞高过低，增加了涂胶量，降低了纸板的强度。对瓦楞辊进行强化及修复，以提高耐磨 性，延长瓦楞辊使用寿命，并且实现失效辊的循环利用，是提高包装企业市场竞争力的关键 途径。国内厂家制造瓦楞辊的工艺流程如下锻打下料一粗车一调质一精加工筒体及 轴头配合处一热压组合筒体与轴头并封焊一去应力回火一精加工支撑位及筒体外围一粗 磨齿一去磨削应力回火一中频淬火一半精磨齿一激光淬火一中辊开槽一精磨齿一镀铬一 以筒体齿外围为基准加工两端轴头一总检一打包。瓦楞辊使用材料为35CrMo、42CrMo或 50Mn，经镀铬层增强的辊齿表面硬度为55 60HRC，具有较强的耐磨性能，使用寿命一般在 500万 800万长米。目前，国内外生产厂家着力推广在瓦楞辊表面热喷涂碳化钨硬质合金的硬化处理 方式，以进一步提高瓦楞辊使用寿命。碳化钨颗粒具备极高的硬度和耐磨性，经过超音速火 焰喷涂系统加速，以3 5倍音速的速度撞击并镶嵌在瓦楞辊表面，形成致密的涂层，可以 有效地将瓦楞辊寿命延长至1500万长米。然而，此工艺具有生产成本与废品率均较高的缺 点，在推广中受到了很大的制约。
技术实现思路
本专利技术的目的是采用成本较低的表面硬化热处理方式，有效提高瓦楞辊的使用寿 命。通过离子注渗的工艺，在瓦楞辊表面形成具有极高结合强度的氮化硅陶瓷层，将瓦楞辊 寿命延长至1500万长米，废品率控制在2%以下。本专利技术的技术方案为，包括以下 步骤步骤1 将瓦楞辊置于真空等离子热处理炉内，并与炉内阴极的阴极相连；步骤2 将上述第1步真空等离子热处理炉密封，开启真空系统，抽真空，真空室的 极限真空度范围在133X 10_2 5X 133X ICT1Pa ；之后充氢气与四氯化硅气体的混合气达到 工作气压，使其工作气压压力范围为10 80Pa，其中四氯化硅气体的体积分数含量范围为 60% 80% ；步骤3 启动真空等离子热处理炉的电源，真空炉内形成异常的辉光放电，产生活 性硅离子，硅离子在辉光放电空间内各种等离子体的作用下，吸附在基体表面，夺取电子形 成硅原子，并向基体内扩散，在极限溶解度之内，硅原子以溶质的形式存在于基体内；步骤4 提高工件电源电压，加大工件电流，使工件逐步升温，并保温；步骤5 保温结束后，切断辉光电源，关闭阀门停止供气和抽气，工件冷却；步骤6 保持真空等离子热处理炉内的瓦楞辊位置不变，排出四氯化硅与氢气混 合气，将真空室抽至真空度5 15Pa后，充入氮气与氢气的混合气，其中氮气含量体积分数 为25% 35%，混合气气压保持在(1 10) X133Pa之间；步骤7 再次启动真空等离子热处理炉的电源，炉内形成辉光放电，产生活性氮离 子，氮离子在高压电场的作用下，高速轰击工件表面，夺取工件表面的电子后逐渐成为氮原 子，被工件表面吸收，并向内扩散；在此条件下，氮原子与之前渗透的硅原子均具有很高的 活性，故两者极易在瓦楞辊表面结合，发生化学反应，形成氮化硅陶瓷层；步骤8 提高工件电源电压，加大工件电流，使工件逐步升温，并保温；步骤9 保温结束后，切断辉光电源，关闭阀门停止供气和抽气，工件冷却；步骤10 取出工件，两端安装轴头后即可使用。其中，步骤4中的设备整流输出电流为100 150A，工件表面的电流密度一般为 0. 5mA/cm2 5mA/cm2 ；工件的保温温度为500°C 700°C，保温时间为2 4h。步骤8中的设备放电电压400 800V，电流密度为0. 5 15mA/cm2 ；保温温度为 500600°C，渗氮时间为 IOmin 48h。步骤5及步骤9中的冷却温度为室温。于步骤1前先将瓦楞辊淬火处理。本专利技术的有益效果为本专利技术采用 离子注渗的方式，在注渗元素的过程中，通过控制渗入元素的化学势、处理温度，以及工件 的表面状态，在保持注渗元素向金属基体扩散的同时，阻止注渗元素与金属基体中的元素 发生化学反应。最终在金属基体表面既生成致密的氮化硅耐磨陶瓷层，又保证了该陶瓷层 与金属基体为冶金结合，具备极高的结合强度，难以发生脱落。在瓦楞辊表面形成具有极高 结合强度的氮化硅耐磨陶瓷层，将瓦楞辊寿命延长至1500万长米，废品率控制在2%以下。具体实施例方式本专利技术，其具体步骤如下1.将瓦楞辊置于真空等离子热处理炉内，并与炉内阴极的阴极相连。2.将上述第1步真空等离子热处理炉密封，开启真空系统，抽真空。真空室的极限 真空度范围在133X10_2 5X133X KT1Patj之后充氢气与四氯化硅气体的混合气达到工 作气压，其范围一般为10 80Pa。其中四氯化硅气体的体积分数含量范围为60% 80%。3.在第2步工作完成后，启动真空等离子热处理炉的电源。在低真空IO-SOPa的 条件下，真空炉内形成异常的辉光放电，产生活性硅离子。硅离子在辉光放电空间内各种等 离子体的作用下，吸附在基体表面，夺取电子形成硅原子，并向基体内扩散。在极限溶解度 之内，硅原子以溶质的形式存在于基体内。4.启动设备电源后，缓慢提高工件电源电压，加大工件电流，使工件逐步升温。设 备整流输出电流为100 150A，工件表面的电流密度一般为0. 5mA/cm2 5mA/cm2。5.升温和保温过程中，记录温度、电流、电压、流量、气压等参数的数值和发生的特 殊情况。工件的保温温度为500°C 700°C，保温时间为2 4h。6.保温结束后，切断辉光电源，关闭阀门停止供气和抽气，工件冷却，可以冷却至室温。7.在第6步所述工艺完成后，保持真空等离子热处理炉内的瓦楞辊位置不变，排 出四氯化硅与氢气混合气，将真空室抽至真空度5 15Pa后，充入氮气与氢气的混合气，其 中氮气含量为25% 35%，混合气气压保持在(1 10) X133Pa之间。8.启动真空等离子热处理炉的电源，炉内形成辉光放电，产生活性氮离子。氮离子 在高压电场的作用下，高速轰击工件表面，夺取工件表面的电子后逐渐成为氮原子，被工件 表面吸收，并向内扩散。在此条件下，氮原子与之前渗透的硅原子均具有很高的活性，故两 者极易在瓦楞辊表面结合，发生化学反应，形成氮化硅陶瓷层。9.上述第8步中的设备放电电压400 800V，电流密度为0. 5 15mA/cm2。保温 温度为500°C 600°C，渗氮时间为IOmin 48h。10.保温结束后，如上述第6步操作设备。11.上述第10步结束后，取出工件，两端安装轴头后即可使用。上述方法中的真空等离子热处理炉是现有技术，其结构和使用方法再此不再赘 述。以下为具体实施例(如无特殊说明，涉及的含量皆为体积百分数)实施例一将原材料为42CrMo的瓦楞辊淬火处理后，置于真空等离子热处理炉中，并与阴极 相接。抽真空至133X10_2Pa并通四氯化硅与氢气的混合气，其中四氯化硅气体含量65%， 工作气压15Pa。启动电源，设备整流输出电流为100 150A，工件表面的电流密度一般为 0. 5mA/cm2 5mA/cm2，工件升温，在550°C保温渗硅2小时。工件冷却后排本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在瓦楞辊表面注渗氮化硅特种陶瓷的方法，其特征在于包括以下步骤： 步骤１：将瓦楞辊置于真空等离子热处理炉内，并与炉内阴极的阴极相连； 步骤２：将上述第１步真空等离子热处理炉密封，开启真空系统，抽真空，真空室的极限真空度范围在１３３×１０↑［－２］～５×１３３×１０↑［－１］Ｐａ；之后充氢气与四氯化硅气体的混合气达到工作气压，使其工作气压压力范围为１０～８０Ｐａ，其中四氯化硅气体的体积分数含量范围为６０％～８０％； 步骤３：启动真空等离子热处理炉的电源，真空炉内形成异常的辉光放电，产生活性硅离子，硅离子在辉光放电空间内各种等离子体的作用下，吸附在基体表面，夺取电子形成硅原子，并向基体内扩散，在极限溶解度之内，硅原子以溶质的形式存在于基体内； 步骤４：提高工件电源电压，加大工件电流，使工件逐步升温，并保温； 步骤５：保温结束后，切断辉光电源，关闭阀门停止供气和抽气，工件冷却； 步骤６：保持真空等离子热处理炉内的瓦楞辊位置不变，排出四氯化硅与氢气混合气，将真空室抽至真空度５～１５Ｐａ后，充入氮气与氢气的混合气，其中氮气含量体积分数为２５％～３５％，混合气气压保持在（１～１０）×１３３Ｐａ之间； 步骤７：再次启动真空等离子热处理炉的电源，炉内形成辉光放电，产生活性氮离子，氮离子在高压电场的作用下，高速轰击工件表面，夺取工件表面的电子后逐渐成为氮原子，被工件表面吸收，并向内扩散；在此条件下，氮原子与之前渗透的硅原子均具有很高的活性，故两者极易在瓦楞辊表面结合，发生化学反应，形成氮化硅陶瓷层； 步骤８：提高工件电源电压，加大工件电流，使工件逐步升温，并保温； 步骤９：保温结束后，切断辉光电源，关闭阀门停止供气和抽气，工件冷却； 步骤１０：取出工件，两端安装轴头后即可使用。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨金龙，刘炜，陈立辉，陈俊忠，肖武，
申请(专利权)人：清华大学，深圳市东方企业有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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