专利名称：一种制备结构钢表面铁氮碳氧陶瓷涂层的方法
技术领域：
本发明涉及一种结构钢(含冷轧钢板)制品耐磨耐腐蚀表面薄膜制备技术, 特别地，涉及一种用程控电脉冲型多功能离子轰击炉制备结构钢表面铁氮碳氧 陶瓷涂层的方法。
背景技术：
结构钢(低碳钢板)广泛应用于在工程结构和制造业各个领域，如汽车摩
托车制造业、家电制造业、IT产品制造业、五金产品制造业、武器制造业、仪 器仪表制造业、家具日用品制造业等等。因为结构钢(低碳钢板)属于亚共析 钢，具有良好的加工工艺性能，具体用途可根据设计要求制造各种结构件和机 器零部件，具有高生产率；通过淬火回火，可以获得所需的服役性能。但是， 为了提高工件的耐磨性、耐腐蚀性、抗咬合性和减摩性，通常选择适当的后续 表面化学处理，以提高服役性能、使用寿命和外观要求。
制造过程中通常采用渗碳、氮化、软氮化、渗金属、热浸铝及其合金、热 浸锌及其合金、电镀锌、电镀铬、化学镀、磷化、发黑、搪瓷等等方法以改善 上述一项或二项性能要求；但是，上述方法对结构钢制件表面强度和硬度的提 高对于某些工况服役条件还是不够，有些处理方法成本和周期较长，如软氮化 低碳钢表面硬度一般不超过Hv300，对于一些耐磨性要求较高的零件，仍然不能
满足服役寿命要求；渗碳、碳氮共渗和氮化等处理操作周期较长；电镀硬络可 以获得制件的表面硬度和耐磨性，但是伴生环境保护要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种制备结构钢表面铁氮碳 氧陶瓷涂层的方法。
本发明的技术方案如下 一种制备结构钢表面铁氮碳氧陶瓷涂层的方法， 包括以下步骤
(1) 处理前清洗工件表面，去除基体表面的氧化皮和油脂等污椤；
(2) 把预处理好的工件放入专用料筐，用电动旋升启闭盖装置启开负载盖头， 用机械手系统把工件和料筐运动至炉内，用电动启闭盖装置闭盖，离子加热过 程，处理温度范围为350 65(TC;轰击炉压保持在50 600 Pa，涂层时间为4-5 小时；离子轰击处理所用气源材料为工业液氨，工业用氧，气态碳氢化合物。
(3) 处理完毕后，电动启盖和机械手系统运作快速抓出轰击炉内高温工件与工 装，空冷或油冷，获得铁氮碳氧表面陶瓷涂层；
进一步地，所述气态碳氢化合物为液化天然气、甲烷、丙垸、乙炔或一氧 化碳。
本发明的有益效果是应用本发明的方法，可获得表面铁氧碳氮陶瓷化合 物涂层，外观色泽分别为黑色(油冷)或为灰白色(空冷)；X射线衍射结果表 明，膜层含有Fe304、 Fe203、 Fe2C、 Fe3C、 e禾卩y相；膜层与基底的结合强度 高，膜层硬度为HV400~550，具有良好的耐大气腐蚀性。
图1为本发明实施例的SPCC板材表面铁氮碳氧陶瓷涂层晶体结构X射线衍 射谱；
图2为本发明实施例SPCC板材表面铁氮碳氧陶瓷涂层截面的金相图。
具体实施例方式
本发明适用的处理对象1)结构钢符合下列国家标准的结构钢符合
GB/T700-1988的普通碳素结构钢，符合GB/T699-1999优质碳素结构钢，符合 GB/T 17107-1997锻件用碳素结构钢，符合GB/T 1591-1994低合金高强度结构 钢，符合GB/T3077-1999合金结构钢，符合GB/T 17107-1997锻件用合金结构 钢，符合GB/T 8732-1988汽轮机叶片用钢；2)低碳冷轧钢板符合日本国家标 准(JIS)的SPCC、 SPCD、 SPCE等牌号，符合德国国家标准(DIN)的stl2、 Stl4、 Stl4画T、 Stl5等牌号，符合俄罗斯国家标准(rOCT)的08、 10、 CT.1KTI、 CT.2KTl-3、 CT.3KIl-4等牌号；
处理前进行表面清洗，去除基体表面的氧化皮和油脂等污秽，把预处理好 的工件放入专用料筐，用电动旋升启闭盖装置启开负载盖头，用机械手系统把 工件和料筐运动至炉内，用电动启闭盖装置闭盖，离子加热过程，处理温度范
围为350 650'C;轰击炉压保持在50 600 Pa，涂层时间为4-5小时；离子轰击 处理所用气源材料为工业液氨，工业用氧，气态碳氢化合物(液化天然气，甲 烷，丙烷，乙炔， 一氧化碳等)；处理完毕后，电动启盖和机械手系统运作快速 抓出轰击炉内高温工件与工装，空冷或油冷，获得铁氮碳氧表面陶瓷涂层，外 观分别为灰白色和黑色。
下面根据附图和实施例详细说明本发明，本发明的目的和效果将变得更加 明显。
具体实施方式
一采用涂层设备为程控电脉冲型多功能离子轰击炉(实用 新型专利专利号ZL 022 51500.3)
1、 涂层基体钢材为符合下列国家标准的结构钢符合GB/T700-1988的普 通碳素结构钢，符合GB/T699-1999优质碳素结构钢，符合GB/T 17107-1997 锻件用碳素结构钢，符合GB/T 1591-1994低合金高强度结构钢，符合 GB/T3077-1999合金结构钢，符合GB/T 17107-1997锻件用合金结构钢，符合 GB/T 8732-1988汽轮机叶片用钢；
2、 处理前进行表面清洗，去除基体表面的氧化皮和油脂等污秽；
3、 把预处理好的工件放入专用料筐—用电动旋升启闭盖装置启开负载盖头 —用机械手系统把工件和料筐运动至炉内一用电动启闭盖装置闭盖一离子加热 过程，处理温度范围为350 550'C;
4、 轰击炉压保持在50~400 Pa，涂层时间为4小时；
5、 离子轰击处理所用气源材料为工业液氨，工业用氧，气态碳氢化合物(液 化天然气，甲垸，丙烷，乙炔， 一氧化碳等)；
6、 处理完毕后，电动启盖和机械手系统运作快速抓出轰击炉内高温工件与 工装，空冷，获得铁氮碳氧表面陶瓷涂层，外观为灰白色。
本实施方式形成的铁氮碳氧陶瓷膜层硬度为HV480; X射线衍射结果表明， 膜层含有Fe304、 Fe203、 Fe2C、 Fe3C、 e和y相；膜层与基底的结合强度高， 良好的耐大气腐蚀性能。
具体实施方式
二采用涂层设备为程控电脉冲型多功能离子轰击炉(实用 新型专利专利号ZL022 51500.3)
1、涂层基体钢材为符合下列标准的低碳冷轧钢板符合日本国家标准(JIS) 的SPCC、 SPCD、 SPCE等牌号，符合德国国家标准(DIN)的stl2、 stl4、 Stl4-T、 Stl5等牌号，符合俄罗斯国家标准(rOCT)的08、 10、 CT.lKIl、 CT.2KII-3、 CT.3KIT-4等牌号；
2、 处理前进行表面清洗，去除基体表面的氧化皮和油脂等污秽；
3、 把预处理好的工件放入专用料筐一用电动旋升启闭盖装置启开负载盖头 —用机械手系统把工件和料筐运动至炉内一用电动启闭盖装置闭盖一离子加热
过程，处理温度范围为450 650'C。
4、 轰击炉压保持在300~600 Pa,涂层时间为4.5小时
5、 离子轰击处理所用气源材料为工业液氨，工业用氧，气态碳氢化合物(液 化天然气，甲烷，丙烷，乙炔， 一氧化碳等)；
6、 处理完毕后，电动启盖和机械手系统运作快速抓出轰击炉内高温工件与 工装，放入油冷淬火槽冷却，获得铁氮碳氧表面陶瓷涂层，外观为黑色。
本实施方式形成的铁氮碳氧陶瓷膜层硬度为HV550; X射线衍射结果表明， 膜层含有Fe304、 Fe203、 Fe2C、 Fe3C、 e和Y相；膜层与基底的结合强度高， 具有良好的耐大气腐蚀性能。
权利要求
1. 一种制备结构钢表面铁氮碳氧陶瓷涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤(1)处理前清洗工件表面，去除基体表面的氧化皮和油脂等污秽。(2)把预处理好的工件放入专用料筐，用电动旋升启闭盖装置启开负载盖头，用机械手系统把工件和料筐运动至炉内，用电动启闭盖装置闭盖，离子加热过程，处理温度范围为350～650℃；轰击炉压保持在50～600Pa，涂层时间为4-5小时；离子轰击处理所用气源材料为工业液氨，工业用氧，气态碳氢化合物。(3)处理完毕后，电动启盖和机械手系统运作快速抓出轰击炉内高温工件与工装，空冷或油冷，获得铁氮碳氧表面陶瓷涂层。
2. 根据权利要求1所述的制备结构钢表面铁氮碳氧陶瓷涂层的方法，其特征在 于，所述气态碳氢化合物为液化天然气、甲垸、丙垸、乙炔或一氧化碳。
全文摘要
本发明公开了一种制备结构钢表面铁氮碳氧陶瓷涂层的方法，处理前清洗工件表面，去除基体表面的氧化皮和油脂等污秽；把预处理好的工件放入专用料筐，用电动旋升启闭盖装置启开负载盖头，用机械手系统把工件和料筐运动至炉内，用电动启闭盖装置闭盖，离子加热；处理完毕后，电动启盖和机械手系统运作快速抓出轰击炉内高温工件与工装，空冷或油冷，获得铁氮碳氧表面陶瓷涂层；应用本发明的方法，可获得表面铁氧碳氮陶瓷化合物涂层，外观色泽分别为黑色或为灰白色；X射线衍射结果表明，膜层含有Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>、Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、Fe<sub>2</sub>C、Fe<sub>3</sub>C、ε和γ相；膜层与基底的结合强度高，膜层硬度为HV400～550，具有良好的耐大气腐蚀性。
文档编号C23C8/28GK101381856SQ200810121720
公开日2009年3月11日 申请日期2008年10月23日 优先权日2008年10月23日
发明者罗来马, 剑 郦, 陈海波 申请人:浙江大学;杭州等离子装备工程有限公司