一种沉淀硬化马氏体不锈钢表面合金化的处理方法技术

本发明专利技术公开了一种沉淀硬化马氏体不锈钢表面合金化的处理方法，利用强流脉冲电子束辐照熔化预先涂覆于沉淀硬化马氏体不锈钢表面的碳、铝混合粉末，实现钢材表层的碳、铝元素过饱和固溶，并引入压应力状态，合金层与基体间形成良好冶金结合，可有效提高沉淀硬化马氏体不锈钢的表面耐磨损、耐腐蚀和疲劳力学性能。本发明专利技术的表面合金化处理方法在真空环境中进行，合金元素利用率高，合金化层成分洁净，同时不会造成环境污染问题。本发明专利技术的实施过程具有操作简单、低投资、低能耗和自动化控制程度高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料表面改性
，涉及到。
技术介绍
沉淀硬化马氏体不锈钢，易于加工、强度高、韧性好，已被广泛应用于航空、航天和民用动力机械等领域的一些关键零部件的生产，如轮机转子、涡轮盘、叶片和动密封环等。在实际使用过程中，沉淀硬化马氏体不锈钢加工部件要承受复杂交变应力作用，同时伴随有高温气体、液体，甚至是固体颗粒的高速冲刷，易产生表面磨损、腐蚀和整体疲劳强度降低等问题，严重时会导致叶片断裂和机组失效等运行事故。通常情况下，沉淀硬化马氏体不锈钢零件的失效现象均起因于材料表面性能薄弱环节，因此从安全运行和提高生产效益这两方面考虑，提高沉淀硬化马氏体不锈钢材料的表面性能至关重要。利用激光熔覆技术实现沉淀硬化马氏体不锈钢材料的表面强化已取得了一定的应用效果。但是，由于激光加工过程在大气条件下进行，必须采用辅助气体来隔绝空气，否则工件表面会产生氧化和烧蚀现象。另外，激光的能量透入深度小，再加上处理表面对入射激光的反射作用，使得激光的总体能量转换效率较低。因此，需要开发出更为有效的沉淀硬化马氏体不锈钢的表面改性方法，以提高其使用性能。强流脉冲电子束(HCPEB)作为一种新型荷电粒子束技术，近年来得到迅速发展。相比于激光束和离子束等表面改性技术，电子束的射程更深，能量注入密度更高，处理工件表层(10_5-10_6 m)产生快速加热(IO9 K/s)和冷却(IO7-1O8 K/m)过程，引发剧烈的热力耦合作用，可形成结构致密、成分均匀的非平衡显微组织和梯度应力分布状态，表面改性效果更为显著。此外，强流脉冲电子束表面处理工艺还具有工件变形小，能量转换率高，无环境污染和自动化控制程度高等技术优势。
技术实现思路
针对沉淀硬化马氏体不锈钢在工作环境中所存在的不足，本专利技术提出，利用强流脉冲电子束辐照熔化预先涂覆于沉淀硬化马氏体不锈钢表面的碳、铝混合粉末，实现钢材表层的碳、铝元素过饱和固溶并引入压应力状态，合金层与基体间形成良好冶金结合，可有效提高沉淀硬化马氏体不锈钢的表面耐磨损、耐腐蚀和疲劳力学性能。为了实现上述目的，本专利技术采取的具体技术方案是:，其步骤为:(I)对沉淀硬化马氏体不锈钢工件表面进行打磨、抛光和清洗；将称重后的纳米碳粉和铝粉(重量比1:1)混合，然后在无水乙醇+5%聚乙烯醇混合液中稀释并搅拌均匀，获得涂覆液供表面涂覆使用；然后利用气压喷枪将涂覆液均匀喷涂在沉淀硬化马氏体不锈钢工件表面，将其烘干，涂覆层厚度Γ5微米；(2)将烘干后的工件放入强流脉冲电子束装置中，抽真空到预定工作值。根据具体要求，设定工作距离，选择强流脉冲电子束能量密度为f lOJ/cm2，脉冲宽度为f 20 μ S，对涂覆表面进行辐照处理；处理完毕，打开真空室，取出工件，检试工艺效果。 相对于现有技术，本专利技术沉淀硬化马氏体不锈钢表面合金化的处理方法具有以下有益效果:1、强流脉冲电子束作用于材料表面，所形成的急热骤冷过程可使涂覆合金重熔化合，生成的表面合金层具有成分均匀和非平衡固溶特质。2、沉淀硬化马氏体不锈钢表层形成碳、铝元素过饱和固溶，并呈表面压应力分布状态，可有效提高工件表面的耐磨损、耐腐蚀和疲劳力学性能，合金层与基体间具有良好的冶金结合O3、沉淀硬化马氏体不锈钢表面合金化处理过程在真空环境中进行，合金元素利用率高，合金化层成分洁净，同时不会造成环境污染问题。附图说明图1为工业沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B样品经碳、铝元素表面合金化处理后的表面形貌照片，强流脉冲电子束处理参数为:能量密度6J/cm2，工作距离为10cm，脉冲宽度5 μ S，脉冲处理3次。具体实施例方式本专利技术沉淀硬化马氏体不锈钢表面合金化的处理方法，具体实施步骤如下:(I)对沉淀硬化马氏体不锈钢工件表面进行打磨、抛光和超声清洗；(2)选用的纳米碳粉平均粒度为20nm，铝粉平均粒度为80 nm，将碳粉和铝粉按I: I称重混合，然后在无水乙醇+5%聚乙烯醇混合液中搅拌均匀；(3)将涂覆液倒入喷壶内，连接空气压缩机，调节喷枪喷幅，在工件表面反复均匀喷涂。根据涂覆层厚度控制要求，喷涂的时间可分别设定为2分钟、4分钟、6分钟、8分钟，分别获得层厚 1μm、2μmι、3μmι、4μm;(4)使用吹风机烘干，待工件表面涂覆层完全干燥后，放入HOPE-1型强流脉冲电子束装置中，抽真空到预定值，设定工作距离，选择强流脉冲电子束能量密度为flOJ/cm2，脉冲宽度为广20 μ S，对涂覆表面进行辐照处理；(5)处理完毕，打开真空室，取出处理工件，检试工艺效果。实施例:将工业沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B棒材线切割成Φ 12mmX 5mm的薄片，表面用1000#砂纸磨光，放入乙醇溶液中进行超声清洗并吹干。取纳米碳粉(平均粒度为20nm)和铝粉(平均粒度为80 nm)各50g，在无水乙醇+5%聚乙烯醇混合液中搅拌均匀。把涂覆液倒入气压喷枪的喷壶内，接通空气压缩机，调节喷枪喷幅，在沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B样品表面上进行均匀喷涂，喷涂时间4分钟，表面涂覆层厚为2 μ m。使用吹风机烘干，待表面涂覆层完全干燥后固定于HOPE-1型强流脉冲电子束装置的工作台上，抽真空至6.0X 10_3Pa。操作强流脉冲电子束辐照处理样品表面，处理参数为:能量密度6J/cm2，工作距离为10cm，脉冲宽度5 μ S，脉冲处理3次。如图1所示，沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B样品表面形成完整的碳、铝合金化层，且与基体形成良好的冶金结合。实验测试表明，经强流脉冲电子束表面碳、铝元素合金化处理样品的耐磨、耐蚀及疲劳力学性能均优于未处理的沉淀硬化马氏体不锈·钢FV520B基材。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沉淀硬化马氏体不锈钢表面合金化的处理方法，利用强流脉冲电子束辐照熔化预先涂覆于沉淀硬化马氏体不锈钢表面的碳、铝混合粉末，实现钢材表层的碳、铝元素过饱和固溶并引入压应力状态，合金层与基体间形成良好冶金结合，提高沉淀硬化马氏体不锈钢的表面耐磨损、耐腐蚀和疲劳力学性能；其特征包括步骤如下：（1）对沉淀硬化马氏体不锈钢工件表面进行打磨、抛光和清洗处理；将纳米碳粉和铝粉在无水乙醇+5%聚乙烯醇混合液中稀释均匀，获得涂覆液供表面涂覆使用；然后利用气压喷枪将涂覆液均匀喷涂在处理后的沉淀硬化马氏体不锈钢工件表面，将其烘干；?（2）将烘干后的工件放入强流脉冲电子束装置中，抽真空；根据具体要求，设定工作距离，选择强流脉冲电子束能量密度为1~10J/cm2，脉冲宽度为1~20μs，完成涂覆表面的辐照处理。

【技术特征摘要】
1.一种沉淀硬化马氏体不锈钢表面合金化的处理方法，利用强流脉冲电子束辐照熔化预先涂覆于沉淀硬化马氏体不锈钢表面的碳、铝混合粉末，实现钢材表层的碳、铝元素过饱和固溶并引入压应力状态，合金层与基体间形成良好冶金结合，提高沉淀硬化马氏体不锈钢的表面耐磨损、耐腐蚀和疲劳力学性能；其特征包括步骤如下: (1)对沉淀硬化马氏体不锈钢工件表面进行打磨、抛光和清洗处理；将纳米碳粉和铝粉在无水乙醇+5%聚乙烯醇混合液中稀释均匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝胜智，韩丹，王慧慧，赵丽敏，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：