专利名称：钢基体高能离子注入碳化钨(wc)梯度材料制造方法
技术领域：
本发明涉及一种钢基体高能离子注入碳化钨(WC)梯度材料制造技术，特别是一种应用于金属材料表面超耐磨合金层制备行业中，利用多种离子源、等离子体源发生设备，在特定环境中，在钢基体材料的表面制备应用性能优越的超耐磨合金层，能够满足先进金属表面改性要求的金属表面富含碳化钨合金的制造技术。
背景技术：
在现代科技发展和工业生产中，很多重要设备及其零部件处在恶劣工作条件下，如高速、高温、高压、重载以及高酸碱度。金属部件的磨损、腐蚀、氧化等形式的破坏过程也在加速进行，耐用性就成为发展生产、降低成本的限制环节之一。据权威部门统计，在失效的机械零部件中约75％属于金属磨损，金属磨损还会造成机械设备运转效率降低，工件更换或维修频繁，能源消耗增加。
由于磨擦、磨损和腐蚀造成设备零部件的损坏，大多从表面开始，采用界面防护措施延缓和控制表面受损，成为提高零部件耐用性的有效方法。于是各种表面防磨工程技术应运而生，镀层、热渗镀、热喷涂、堆焊、镀膜以及高能束等技术日新月异。用这些技术制成的各种表面耐磨材料，以及高锰、高铬、稀土耐磨铸铁(钢)，铸石，粘贴陶瓷等耐磨材料，组成了一个耐磨材料大家庭，各具特色，各显耐磨神通，为科技和工业生产发展建功立业。
但是，它们各自也存在很多先天不足1.各种耐磨铸铁(钢)都具有铸造钢铁的基本性能，但硬度、强度、韧性偏低，耐磨性不足；2.铸石材料有一定耐磨性，价格较低，但重量太重，耐冲击性能差，易突发内应力破坏事故，安装和维修时不能现场切割和焊接；3.热喷涂、堆焊耐磨层、粘贴陶瓷层所形成的硬面，耐磨性好，适应面广，但都与基体存在一个结合强度偏低的界面，在该界面处易产生耐磨层脱落而失去防磨作用；4.耐磨镀膜，高能束熔敷耐磨层适应面广，但普通存在耐磨层太薄，费用太高问题。
在这种情况下，许多寻求耐磨材料的客户，迫切希望研究生产出一种经济型的高级耐磨材料。他们提出的技术要求归纳起来有五条1.新耐磨材料的耐磨性要比普通耐磨材料高；2.新耐磨材料重量要轻，耐磨层厚度又不能太薄；3.新耐磨材料应该同时具备高的强度、硬度、韧性及抗疲劳性；4.新耐磨材料在使用中耐磨层不能因脱落、崩裂导致防磨失效；5.新耐磨材料应具有合理的价格。
在目前使用的表面耐磨层制备技术中，同时达到这五项技术要求的几乎没有。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术和设备所存在的缺陷和不足提供一种钢基体高能离子注入碳化钨(WC)梯度材料制造技术。
本发明的基本原理是通过在低真空情况下适当充入惰性气体，且在异常辉光放电条件下，形成高能钨离子和惰性气体离子。首先将钢基体进行气体软氮化处理后，然后在一定温度下，将金属钨离子注入到钢基体中，再对钨进行碳化处理；或者首先将钢基体进行气体软氮化处理后，再进行金属钨离子和碳离子的双离子高能注入。
本发明可以在钢基体的表层形成一定深度的、呈梯度变化的碳化钨合金层，提高了金属表面的硬度，改善了钢制零部件的耐磨性和自润滑性。
用本发明制造的产品具有高硬度、高强度、高耐磨、耐腐蚀等优点，并显著地提高了钢制零部件的使用寿命。
具体实施例方式
1、把钢基体置于真空室内，在低真空情况下适当充入惰性气体，并将钨材料置于阴极内。在异常辉光放电条件下，产生高能钨离子和惰性气体离子。
2、从气体离子源形成高能氮离子，将钢基体进行气体软氮化处理。
3、在一定温度下，将金属钨离子注入到钢基体中。
4、将注入钢基体中的钨经碳化处理，形成浓度呈梯度变化且有一定深度的碳化钨合金层。
5、经1和2处理后，直接注入进行金属钨离子和碳离子的双离子高能注入，形成浓度呈梯度变化且有一定深度的碳化钨合金层。
权利要求
1.一种钢基体高能离子注入碳化钨(WC)梯度材料制造技术，其特征在于把钢基体置于真空室内，在低真空情况下适当充入惰性气体，并将钨材料置于阴极内。在异常辉光放电条件下，产生高能钨离子和惰性气体离子。在一定温度下，将金属钨离子注入到钢基体中。
2.一种钢基体高能离子注入碳化钨(WC)梯度材料制造技术，其特征在于把钢基体置于真空室内，在低真空情况下适当充入惰性气体，在异常辉光放电条件下，形成高能氮离子，将钢基体进行气体软氮化处理。
3.一种钢基体高能离子注入碳化钨(WC)梯度材料制造技术，其特征在于将注入钢基体中的钨经碳化处理，形成浓度呈梯度变化且有一定深度的碳化钨合金层。
全文摘要
本发明涉及一种钢基体高能离子注入碳化钨(WC)梯度材料制造方法，本发明通过在低真空情况下适当充入惰性气体，且在异常辉光放电条件下，形成高能钨离子和惰性气体离子。首先将钢基体进行气体软氮化处理后，然后在一定温度下，将金属钨离子注入到钢基体中，再对钨进行碳化处理；或者首先将钢基体进行气体软氮化处理后，再进行金属钨离子和碳离子的双离子高能注入。该方法可以在钢基体的表层形成一定深度的碳化钨合金层，提高了金属表面的硬度，改善了钢制零部件的耐磨性和自润滑性。用本发明制造的产品具有高硬度、高强度、高耐磨、耐腐蚀等优点，并显著地提高了钢制零部件的使用寿命。
文档编号C23C10/00GK1940120SQ200510105780
公开日2007年4月4日 申请日期2005年9月29日 优先权日2005年9月29日
发明者赵维扬, 田云峰, 徐实 申请人:包头市中天宏远科技有限公司