Cr4Mo4V钢轴承碳氮等离子体基离子升温注渗方法，它涉及一种钢轴承碳氮注渗方法。本发明专利技术解决了现有提高工件温度的方法使工件表面形成一层连续的化合物层的问题。本方法如下：一、超声清洗；二、预溅射处理；三、碳、氮离子注入；四、二次氮离子注入。经本发明专利技术方法处理后的Cr4Mo4V轴承表面纳米硬度可达22GPa，为未处理Cr4Mo4V轴承的1.8倍，和有化合物层的轴承硬度相当，表面没有化合物层，比有化合物层的轴承疲劳寿命提高3倍；经本发明专利技术方法处理后的Cr4Mo4V钢的耐磨性为未处理Cr4Mo4V钢的5倍，经本发明专利技术方法处理后的Cr4Mo4V轴承台架实验考核寿命为未处理轴承的2.5倍以上。
Cr4Mo4V steel bearing carbon and nitrogen plasma based ion heating infiltration method
Cr4Mo4V steel bearing carbon nitrogen plasma base temperature ion raising infiltration method, relating to a steel bearing carbon and nitrogen infiltration method. The invention solves the problem that the existing method for improving the temperature of the workpiece forms a continuous compound layer on the surface of the workpiece. The method is as follows: 1. Ultrasonic cleaning; two, pre sputtering treatment; three, carbon and nitrogen ion implantation; four and two nitrogen ion implantation. The Cr4Mo4V bearing surface treatment method of the invention after the hardness up to 22GPa, is 1.8 times that of the unmodified Cr4Mo4V bearings, and bearing compound layer hardness, no surface compound layer is 3 times higher than the bearing fatigue life of compound layer; wear resistance of Cr4Mo4V steel by the method of the invention is processed 5 times of untreated Cr4Mo4V steel, processed by the method of the invention of the Cr4Mo4V bearing bench experiment examination life for the untreated bearing more than 2.5 times.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种钢轴承碳氮注渗方法。
技术介绍
随着我国航空技术的发展，对发动机的性能要求不断提高，发动机主轴轴承服役 的工况也越来越苛刻，导致轴承的寿命不断降低，Cr4Mo4V轴承钢具有非常优异的高温性能， 是我国航空发动机最主要的主轴轴承用钢，但是，Cr4Mo4V轴承钢轴承使用寿命已尽不能满 足一些重载条件下的使用要求，已经成为制约航空发动机寿命的一个瓶颈问题。目前，多采用表面改性方法对轴承表面强化处理来提高主轴轴承寿命，由于主轴 轴承服役条件的特殊性，轴承表面强化技术除了要求在不改变轴承表面光洁度和尺寸精 度，还要有很好的疲劳性能，传统的表面改性技术，如化学热处理，磁控溅射离子镀，多弧离 子镀和电镀等都不能完全满足主轴轴承表面改性技术要求。等离子体基离子注入是一种新 兴的材料表面改性技术，但是由于注入电压的限制，等离子体基离子注入的改性层深度较 浅，对于在高速重载环境下使用的主轴轴承仍然显得有所不足，为了提高等离子体基离子 注入改性层的厚度，一般都采用提高工件温度，通过扩散来增加改性层厚度，但是这样往往 会在工件表面形成一层连续的化合物层，不利于疲劳寿命的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有提高工件温度的方法使工件表面形成一层连续的 化合物层的问题，提供了一种Cr4Mo4V钢轴承碳氮等离子体基离子升温注渗方法。本专利技术Cr4Mo4V钢轴承碳氮等离子体基离子升温注渗方法如下一、超声清洗将 Cr4Mo4V钢轴承放入纯度为99. 9%以上的丙酮溶液中在超声频率为40kHz的条件下超声清 洗两次，每次超声清洗时间为8min 15min ；二、预溅射处理将经过步骤一处理的Cr4Mo4V 钢轴承放到真空室试样台上，抽真空至真空度为1.0父10_41^ 1.0\10_^1，升高温度至 300°C 400°C，然后在工作气压为5Pa lOPa、射频功率为0. 8kff 2kW、电压为500V 700V、电流为0. 2mA/cm2 0. 5mA/cm2的条件下，调节射频功率，使产生的氩气等离子浓度为 1.0X IOVcm3 1. OX IOuVcm3，进行预溅射清洗IOmin 30min ；三、碳、氮离子注入在经 过步骤二处理的Cr4Mo4V钢轴承缓慢绕自身轴线勻速旋转的同时，将纯度为99. 999at%的 氮气和纯度为99. 999at%的甲烷同时通入到真空室中，在甲烷与氮气分压比为1 30 5、总气压为0. 5Pa 1. 5Pa的条件下，采用射频功率为300W 500W的射频激发等离子体， 使碳氮等离子体密度为1.0 X 109/cm3 1.0 X IOuVcm3，然后在注入电压为30kV 50kV、 注入电流密度为30A/cm2 ΙΟΟΑ/cm2的条件下处理4 10小时，然后将Cr4Mo4V钢轴承 冷却至室温；四、二次氮离子注入将经过步骤三处理的Cr4Mo4V钢轴承在气源采用纯度为 99. 999at%的氮气、气压为0. 08Pa 0. 2Pa的条件下，用射频功率为300W 500W的射频 激发等离子体，使碳氮等离子体密度为1.0 X 109/Cm3 1.0 X IOuVcm3，然后在注入电压为 30kV 50kV、注入电流密度为30A/cm2 ΙΟΟΑ/cm2的条件下，处理2 4小时，即得注渗碳氮等离子体基离子的Cr4Mo4V钢轴承。本专利技术通过在注入过程中提高轴承的温度，利用扩散效应增加改性层的厚度，解 决了等离子体基离子注入技术改性层浅的问题。本专利技术方法具有以下优点(1)克服视线加工的局限，实现全方位注入由于在等离子体基离子注入过程中，工件(Cr4Mo4V钢轴承)湮没在等离子体中，依 靠施加在工件上的脉冲负偏压所产生的强电场，每个暴露的金属表面均可吸引离子，从而 可从四面八方对工件进行全方位的离子注入，解决了离子注入在复杂形状工件上的应用问 题。(2)高效率，操作控制安全方便由于离子注入可以在施加脉冲负电位的工件上同时进行，无需扫描，就可实现大 面积注入，故效率颇高，另外调节脉冲负偏压大小，波形和频率就可方便地控制离子注入过 程，操作方便。(3)批量生产加工过程中，阴极是工件本身，工件周围的等离子鞘层就是阳极，因此每个工件及 其周围的等离子体鞘层就形成了一个独立的离子注入系统，这样等离子体基离子注入就可 以实现批量生产。(4)生产成本降低由于是全方位离子注入，工件(Cr4Mo4V钢轴承)在传统离子注入过程中所必需的 往复、旋转等操作就可以省去，故此注入设备不需要复杂的转动靶台，也不需要离子束扫描 装置。再加上生产效率高，可批量生产，故总的生产成本相对传统离子注入技术有较大降 低。经本专利技术方法处理后的Cr4Mo4V轴承表面纳米硬度可达22GPa，为未处理Cr4Mo4V 轴承的1. 8倍，和有化合物层的轴承硬度相当；经过处理的Cr4Mo4V轴承表面没有化合物层， 适合于再高速重载环境下服役。可以有效地提高轴承的疲劳寿命，比有化合物层的轴承疲 劳寿命提高3倍；经本专利技术方法处理后的Cr4Mo4V钢的耐磨性为未处理Cr4Mo4V钢的5倍， 和有化合物层的轴承耐磨性相当；经本专利技术方法处理后的Cr4Mo4V轴承台架实验考核寿命 为未处理轴承的2. 5倍以上。附图说明图1是具体实施方式十制备的注渗碳氮等离子体基离子的Cr4Mo4V钢轴承的金相 照片。具体实施例方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的 任意组合。具体实施方式一本实施方式中Cr4Mo4V钢轴承碳氮等离子体基离子升温注渗方 法如下一、超声清洗将Cr4Mo4V钢轴承放入纯度为99. 9%以上的丙酮溶液中在超声频率 为40kHz的条件下超声清洗两次，每次超声清洗时间为Smin 15min ；二、预溅射处理将 经过步骤一处理的Cr4Mo4V钢轴承放到真空室试样台上，抽真空至真空度为1. OX 10-4 1.0X 10 ,升高温度至300 °C 400 °C，然后在工作气压为5Pa 10Pa、射频功率为0.8kff 2kW、电压为500V 700V、电流为0. 2mA/cm2 0. 5mA/cm2的条件下，调节射频功 率，使产生的氩气等离子浓度为1. OX 109/Cm3 1. OX IOuVcm3,进行预溅射清洗IOmin 30min;三、碳、氮离子注入在经过步骤二处理的Cr4Mo4V钢轴承缓慢绕自身轴线勻速旋转 的同时，将纯度为99. 999站％的氮气和纯度为99. 999at%的甲烷同时通入到真空室中， 在甲烷与氮气分压比为1 30 5、总气压为0.5 1.5Pa的条件下，采用射频功率 为300W 500W的射频激发等离子体，使碳氮等离子体密度为1. O X IOVcm3 1. O X 101°/ cm3，然后在注入电压为30kV 50kV、注入电流密度为30A/cm2 ΙΟΟΑ/cm2的条件下处理 4 10小时，然后将Cr4Mo4V钢轴承冷却至室温；四、二次氮离子注入将经过步骤三处理的 Cr4Mo4V钢轴承在气源采用纯度为99. 999at %的氮气、气压为0. 08Pa 0. 2Pa的条件下， 用射频功率为300W 500W的射频激发等离子体，使碳氮等离子体密度为1. OX 109/Cm本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．Ｃｒ４Ｍｏ４Ｖ钢轴承碳氮等离子体基离子升温注渗方法，其特征在于Ｃｒ４Ｍｏ４Ｖ钢轴承碳氮等离子体基离子升温注渗方法如下：一、超声清洗：将Ｃｒ４Ｍｏ４Ｖ钢轴承放入纯度为９９．９％以上的丙酮溶液中在超声频率为４０ｋＨｚ的条件下超声清洗两次，每次超声清洗时间为８ｍｉｎ～１５ｍｉｎ；二、预溅射处理：将经过步骤一处理的Ｃｒ４Ｍｏ４Ｖ钢轴承放到真空室试样台上，抽真空至真空度为１．０×１０－４Ｐａ～１．０×１０－３Ｐａ，升高温度至３００℃～４００℃，然后在工作气压为５Ｐａ～１０Ｐａ、射频功率为０．８ｋＷ～２ｋＷ、电压为５００Ｖ～７００Ｖ、电流为０．２ｍＡ／ｃｍ２～０．５ｍＡ／ｃｍ２的条件下，调节射频功率，使产生的氩气等离子浓度为１．０×１０９／ｃｍ３～１．０×１０１０／ｃｍ３，进行预溅射清洗１０ｍｉｎ～３０ｍｉｎ；三、碳、氮离子注入：在经过步骤二处理的Ｃｒ４Ｍｏ４Ｖ钢轴承缓慢绕自身轴线匀速旋转的同时，将纯度为９９．９９９ａｔ％的氮气和纯度为９９．９９９ａｔ％的甲烷同时通入到真空室中，在甲烷与氮气分压比为１∶３０～５、总气压为０．５Ｐａ～１．５Ｐａ的条件下，采用射频功率为３００Ｗ～５００Ｗ的射频激发等离子体，使碳氮等离子体密度为１．０×１０９／ｃｍ３～１．０×１０１０／ｃｍ３，然后在注入电压为３０ｋＶ～５０ｋＶ、注入电流密度为３０Ａ／ｃｍ２～１００Ａ／ｃｍ２的条件下处理Ｃｒ４Ｍｏ４Ｖ钢轴承４～１０小时，然后将Ｃｒ４Ｍｏ４Ｖ钢轴承冷却至室温；四、二次氮离子注入：将经过步骤三处理的Ｃｒ４Ｍｏ４Ｖ钢轴承在气源采用纯度为９９．９９９ａｔ％的氮气、气压为０．０８Ｐａ～０．２Ｐａ的条件下，用射频功率为３００Ｗ～５００Ｗ的射频激发等离子体，使碳氮等离子体密度为１．０×１０９／ｃｍ３～１．０×１０１０／ｃｍ３，然后在注入电压为３０ｋＶ～５０ｋＶ、注入电流密度为３０Ａ／ｃｍ２～１００Ａ／ｃｍ２的条件下，处理Ｃｒ４Ｍｏ４Ｖ钢轴承２～４小时，即得注渗碳氮等离子体基离子的Ｃｒ４Ｍｏ４Ｖ钢轴承。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：唐光泽，马新欣，李忠文，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93
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