一种40Cr钢抗植物磨料磨损表面强化工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种40Cr钢抗植物磨料磨损表面强化工艺，它包括调质、渗氮、抛光和镀膜等工序。以纯Ti靶(99.99％)作为溅射材料，采用中频磁控溅射设备制备TirN薄膜，薄膜与基体材料间沉积200nm左右的Ti层作为过渡层。在沉积TiN薄膜的过程中，通入Ar、N2混合气进行反应溅射沉积。该工艺通过调质预处理获得较高的基体硬度，提高了TiN薄膜的承载能力，通过渗氮以及沉积Ti过渡层，显著增强了TiN薄膜与40Cr基体的结合强度，大幅度提高了TiN薄膜的使用寿命。本发明工艺流程可操作性强，性价比高，可显著提高40Cr材料的抗植物磨料磨损性能，进而可提高相关农机工作部件的使用寿命与工作效率。
【专利说明】一种40Cr钢抗植物磨料磨损表面强化工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种40Cr钢抗植物磨料磨损表面强化工艺。
【背景技术】
[0002]植物磨料是一种软磨料，对金属的磨损属于磨料磨损。植物磨料对金属材料的磨损广泛存在于农业机械、农产品加工、食品加工等行业，例如联合收割机割台的磨损，农作物对耕作机械的磨损，粉碎机、制粒机、磨粉机、榨油机等关键部件的磨损失效，它是影响相应行业机械使用寿命的主要原因之一，严重的制约了生产率和经济效益的提高，与国民经济的发展息息相关。40Cr钢是农业机械常用的金属材料，目前主要采用常规热处理、化学热处理技术来提高其抗植物磨料磨损性能，这在一定程度上提高了材料的耐磨性，但效果并不显著。随着金属材料表面强化技术的发展，需要寻求能更加有效的工艺措施来提高材料抗植物磨料磨损性能，从而大幅度提升相关农机工作部件的使用寿命的工作效率。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种40Cr钢抗植物磨料磨损表面强化工艺，从而有效解决了现有技术中存在的问题。
[0004]一种40Cr钢抗植物磨料磨损表面强化工艺，其特征在于它的工艺步骤如下:
[0005]1、调质:淬火加热温度850±10°C，保温130±20分钟，油冷至平衡，油的最大冷却速度为95~110°C /s，回火温度580±20°C，保温130±20分钟，水冷至平衡。
[0006]2、渗氮:在井式气体渗氮炉中进行，氮化温度500±20°C，氮化时间36h，氨分解率25~35%，渗层厚度0.3~0.4mm。
[0007]3、抛光:分别用800目、1200目、2000目的砂纸预磨，最后用W0.5的研磨膏抛光，
抛光后表面粗糙度达20~40nm。
[0008]4、镀膜:采用中频磁控溅射设备制备TirN薄膜，纯Ti靶(99.99 % )作为溅射材料。经前序处理的40Cr为基体材料，并在丙酮中超声清洗三次，每次清洗15min，清洗后迅速吹干并放入腔室。在沉积之前，将基底温度预热到200°C，并用Ar+等离子体对基底进行轰击，清除表面的氧化物及其它污染物。然后沉积200nm左右的Ti层作为过渡层，以提高TiN薄膜与基底之间的结合强度。在沉积TiN薄膜的过程中，设定偏压-100V，溅射电流24A。通入Ar、N2混合气进行反应溅射沉积，溅射气压为0.3Pa，调节N2流量在15sCCm，使溅射靶处于微中毒状况。镀膜时间4h,膜厚3.5~4.0 μ m。
[0009]本发明的有益效果是:
[0010]1.本发明通过调质预处理获得了较高的基体硬度，提高了 TiN薄膜的承载能力。
[0011]2.本发明通过渗氮以及沉积Ti过渡层，显著增强了 TiN薄膜与40Cr基体的结合强度，大幅度提高了 TiN薄膜的使用寿命。
[0012]3.本发明工艺 流程可操作性强，性价比高，可显著提高40Cr材料的抗植物磨料磨损性能，进而可提高相关农机工作部件的使用寿命与工作效率。【具体实施方式】:
[0013]实施例1:一种40Cr钢抗植物磨料磨损表面强化工艺，其特征在于它的工艺步骤如下:
[0014]1、调质:淬火加热温度860°C，保温150分钟，油冷至平衡，油的最大冷却速度为Iio0C /S，回火温度600°C，保温150分钟，水冷至平衡。
[0015]2、渗氮:在井式气体渗氮炉中进行，氮化温度520°C，氮化时间36h，氨分解率30%，渗层厚度0.35mm。
[0016]3、抛光:分别用800目、1200目、2000目的砂纸预磨，最后用W0.5的研磨膏抛光，
抛光后表面粗糙度达20~40nm。[0017]4、镀膜:采用中频磁控溅射设备制备TirN薄膜，纯Ti靶(99.99 % )作为溅射材料。经前序处理的40Cr为基体材料，并在丙酮中超声清洗三次，每次清洗15min，清洗后迅速吹干并放入腔室。在沉积之前，将基底温度预热到200°C，并用Ar+等离子体对基底进行轰击，清除表面的氧化物及其它污染物。然后沉积200nm左右的Ti层作为过渡层，以提高TiN薄膜与基底之间的结合强度。在沉积TiN薄膜的过程中，设定偏压-100V，溅射电流24A。通入Ar、N2混合气进行反应溅射沉积，溅射气压为0.3Pa，调节N2流量在15sCCm，使溅射靶处于微中毒状况。镀膜时间4h,膜厚4.0 μ m。
[0018]实施例2:—种40Cr钢抗植物磨料磨损表面强化工艺，其特征在于它的工艺步骤如下:
[0019]1、调质:淬火加热温度860°C，保温120分钟，油冷至平衡，油的最大冷却速度为950C /s，回火温度600°C，保温120分钟，水冷至平衡。
[0020]2、渗氮:在井式气体渗氮炉中进行，氮化温度500°C，氮化时间36h，氨分解率35%，渗层厚度0.4mm。
[0021]3、抛光:分别用800目、1200目、2000目的砂纸预磨，最后用W0.5的研磨膏抛光，
抛光后表面粗糙度达20~40nm。
[0022]4、镀膜:采用中频磁控溅射设备制备TirN薄膜，纯Ti靶(99.99 % )作为溅射材料。经前序处理的40Cr为基体材料，并在丙酮中超声清洗三次，每次清洗15min，清洗后迅速吹干并放入腔室。在沉积之前，将基底温度预热到120°C，并用Ar+等离子体对基底进行轰击，清除表面的氧化物及其它污染物。然后沉积200nm左右的Ti层作为过渡层，以提高TiN薄膜与基底之间的结合强度。在沉积TiN薄膜的过程中，设定偏压-100V，溅射电流20A。通入Ar、N2混合气进行反应溅射沉积，溅射气压为0.3Pa，调节N2流量在15sCCm，使溅射靶处于微中毒状况。镀膜时间4h,膜厚3.5 μ m。
[0023]以下为所述实施例的实施效果数据:
[0024]磨料磨损试验在MLS-225型湿砂橡胶轮式磨料磨损试验机上进行。试验用植物磨料包括苜蓿草粉、小麦秸杆、玉米秸杆三种，其中苜蓿品种为甘农三号紫花苜蓿、小麦品种为陇春23号，玉米品种为武科2号，金属材料为经不同工艺处理的40Cr钢，金属试件规格为57_X24.5_X6mm。将磨料原料经粉碎机粉碎,利用标准分级筛筛取6_的不同磨料，将磨料含水率调至6 %。试验工况为负荷150N、转速200r/min、磨料流量80g/min，每1000Or为一磨程，总计5个磨程，试验重复3次。所有试样磨损试验前后浸入丙酮溶液进行超声清洗，采用精度为0.1mg的分析天平称重，磨损前后质量之差即为磨损失重。
[0025]试验结果与分析:
[0026]表1为试验工况下不同处理工艺的40Cr钢磨损失重检测结果。
[0027]表1不同处理工艺的40Cr钢磨损失重
[0028]
【权利要求】
1.一种40Cr钢抗植物磨料磨损表面强化工艺，其特征在于它的工艺步骤如下:1.1、调质:淬火加热温度850±10°C，保温130±20分钟，油冷至平衡，油的最大冷却速度为95~.1lO℃ /s，回火温度580±20°C，保温130±20分钟，水冷至平衡；1.2、渗氮:在井式气体渗氮炉中进行，氮化温度500±20°C，氮化时间36h，氨分解率25~35%，渗层厚度0.3~.0.4mm； 1.3、抛光:分别用800目、1200目、2000目的砂纸预磨，最后用W0.5的研磨膏抛光，抛光后表面粗糙度达20~40nm ; 1.4、镀膜:采用中频磁控溅射设备制备TirN薄膜，纯Ti靶(99.99% )作为溅射材料，经前序处理的40Cr为基体材料，并在丙酮中超声清洗三次，每次清洗15min，清洗后迅速吹干并放入腔室，在沉积之前，将基底温度预热到200°C，并用Ar+等离子体对基底进行轰击，清除表面的氧化物及其它污染物，然后沉积200nm左右的Ti层作为过渡层，在沉积TiN薄膜的过程中，设定偏压-100V，溅射电流24A，通入Ar、N2混合气进行反应溅射沉积，溅射气压为0.3Pa，调节N2流量在15sCCm，使溅射靶处于微中毒状况，镀膜时间 4h，膜厚3.5~4.0 μ m。
【文档编号】C23C14/35GK103911619SQ201310003914
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年1月6日 优先权日:2013年1月6日
【发明者】吴劲锋, 黄晓鹏, 万芳新, 张克平, 张炜, 何乃如, 邱孟柯 申请人:甘肃农业大学