一种低碳钢等离子表面钼铬共渗制备强化层的方法
【专利摘要】本发明涉及一种低碳钢等离子表面钼铬共渗制备强化层的方法，所述方法包括如下步骤：等离子表面钼铬共渗，渗碳淬火，深冷处理，低温回火，所述等离子表面钼铬共渗在真空环境下进行，等离子表面钼铬共渗装置采用液封处理。所述方法可以显著降低低碳钢的摩擦因数，提高低碳钢的耐磨损性，并实现渗碳元素的可控。
【专利说明】一种低碳钢等离子表面钼铬共渗制备强化层的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种低碳钢等离子表面钥铬共渗制备强化层的方法。
【背景技术】
[0002] 低碳钢表面渗金属技术是一种应用很早，而又富有发展前途的表面处理技术。它 采用加热扩散的方法，在低碳钢表面渗入一种或几种金属元素，形成不同于基体成分、组织 的表面合金层，使表面具有基体材料本身所不具备的特殊的机械、物理和化学性能诸如高 强度、高耐磨性、耐腐蚀性、高疲劳强度、抗高温氧化等特殊功能。它的特点是：渗层的形成 主要依靠加热扩散的作用，渗入金属原子固溶到基体中或与基体中元素形成化合物，所得 渗层与基体金属之间是靠形成合金来结合的，因而界面结合非常牢固，渗层不易脱落，这是 其它表面处理方法难以媲美的。
[0003] 高速钢以其优越的力学性能在工业上占有重要的地位。但是，高速钢使用高合金 钢，合金元素使用量大（>15%)，因此价格高。高速钢的主要合金元素钨、钥在世界范围 内的储量有限，最够够用l〇〇a。因此，从节约合金元素，降低钢材成本方面考虑，自上世纪 70年代以来，各国都在研制低合金高速钢。高速钢属于莱氏体钢，在其铸态组织中含有分 布不均匀的角状碳化物和鱼骨状共晶莱氏体，这些粗大的碳化物硬而脆，且很稳定，即使在 1300°C高温也不溶于奥氏体。由于用热处理无法消除共晶碳化物，只能在其后用铸造工艺 将共晶莱氏体击碎，通过变形使其分布均匀，造成工艺复杂，且改善效果有限。
[0004] 为了降低成本，使在应用高速钢的场合应用低碳钢，现有技术中对低碳钢表面进 行高速钢渗层研究较多。
[0005] 徐晋勇等人（徐晋勇，龙向前等，等离子表面钥铬共渗制备强化层的研究，机械工 程材料，30(8) :41?43)公开了对低碳钢进行低碳钢表面高速钢渗层的制备方法，该方法 包括：等离子表面钥铬共渗，渗碳淬火，深冷处理，低温回火。但是该方法得到的钥铬层的钥 元素与铬元素的比例和源极中相差较大，钥元素和铬元素的比例不可控，且低碳钢的耐磨 性提高十分有限。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种低碳钢等离子表面钥铬共渗制备强化层的方法，通过 该方法可以显著的提高低碳钢的耐磨性，且实现了钥元素、铬、钨和Y元素的可控。
[0007] -种低碳钢等离子表面钥铬共渗制备强化层的方法，所述方法包括如下步骤：等 离子表面钥、铬、钨和Y共渗，渗碳淬火，深冷处理，低温回火，所述等离子表面钥、铬、钨和Y 共渗在真空环境下进行，等离子表面钥、铬、钨和Y共渗装置采用液封处理。
[0008] 如果有参与氧气，它与源极表面发生氧化反应，生成三氧化钥，三氧化二铬等。三 氧化钥在795°C时出现升华现象，而三氧化二铬的稳定性相对于三氧化钥要好得多，在某种 程度上影响了铬离子溅射。同时，在真空加热条件下，金属氧话务将于基体中的碳作用形成 一氧化碳气体，即所谓的一氧化碳反应并被泵抽走，而沉积在试样表面的合金元素被还原， 由扩散理论可知，组元的扩散系数与其浓度成正比，表面钥浓度提高，增加了其扩散系数， 使渗层钥含量增加。由此导致渗层中钥铬元素与源极中钥铬元素比例相差较大，钥铬元素 含量不可控。本发明在真空环境下，并对等离子表面钥铬共渗装置进行液封处理，大大隔绝 了氧气的存在，实现了钥铬元素的比例可控。
[0009] 优选地，等离子表面钥、铬、钨和Y共渗前对低碳钢进行活化处理。
[0010] 示例性的活化表面为：将低碳钢采用硝酸或盐酸浸泡，然后用清水和沸水先后冲 洗干净，再在热风中吹干。这可大大增加表面活性，加快渗铬速度。
[0011] 优选地，等离子表面钥铬共渗前对低碳钢进行增碳处理，以避免强化层的制备过 程中表面脱碳带来的影响。
[0012] 所述共渗工艺参数为：源极电压850?1000V，阴极电压650?750V，保温温度 800?950°C，保温时间3. 5?8h。
[0013] 渗碳淬火工艺为：采用固体渗碳剂装箱渗碳，渗碳温度为820?900°C，保温6出 炉直接油中淬火。
[0014] 所述深冷处理工艺在_194°C的液体氮中保温中，再在空气中回升到室温。所述保 温时间为 1 ?3h，例如 1. lh、l. 4h、l. 8h、2. 2h、2. 5h、2. 8h，优选 1. 2 ?2. 7h，进一步优选 1· 5 ?2. 6h。
[0015] 所述低温回火的温度为 100 ?128°C，例如 102°C、104°C、106°C、108°C、110°C、 1121：、1141：、1161：、1181：、1201：、1221：、1241：或1261：，优选105?1251：，进一步优选 120。。。
[0016] 所述低温回火保温的时间为1?2. lh，例如1. lh、1.2h、L3h、L4h、L5h、L6h、 1. 7h、L 8h、L 9h 或 2. 0h，优选 L 2 ?L 8h，进一步优选 L 2 ?L 5h。
[0017] 本发明所述方法可以显著降低低碳钢的摩擦因数，提高低碳钢的耐磨损性，并实 现渗碳元素的可控。
【具体实施方式】
[0018] 为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的 实施例如下：
[0019] 实施例1
[0020] 一种低碳钢等离子表面钥铬共渗制备强化层的方法，所述方法包括如下步骤：对 低碳钢进行活化处理，等离子表面钥、铬、钨和Y共渗，渗碳淬火，深冷处理，低温回火，所述 等离子表面钥、铬、钨和Y共渗在真空环境下进行，等离子表面钥、铬、钨和Y共渗装置采用 液封处理。
[0021] 所述共渗工艺参数为：源极电压850V，阴极电压650V，保温温度800°C，保温时间 3. 5h〇
[0022] 所述深冷处理工艺在_194°C的液体氮中保温中，再在空气中回升到室温，所述保 温时间为lh。
[0023] 所述深冷处理工艺在_194°C的液体氮中保温中，再在空气中回升到室温。
[0024] 所述低温回火的温度为100°C。
[0025] 所述低温回火保温的时间为lh。
[0026] 实施例2
[0027] -种低碳钢等离子表面钥铬共渗制备强化层的方法，所述方法包括如下步骤：对 低碳钢进行活化处理，等离子表面钥、铬、钨和Y共渗，渗碳淬火，深冷处理，低温回火，所述 等离子表面钥、铬、钨和Y共渗在真空环境下进行，等离子表面钥、铬、钨和Y共渗装置采用 液封处理。
[0028] 所述共渗工艺参数为：源极电压1000V，阴极电压750V，保温温度950°C，保温时间 8h。
[0029] 所述深冷处理工艺在_194°C的液体氮中保温中，再在空气中回升到室温，所述保 温时间为lh。
[0030] 所述深冷处理工艺在-194°c的液体氮中保温中，再在空气中回升到室温。
[0031] 所述低温回火的温度为128°C。
[0032] 所述低温回火保温的时间为2. lh。
[0033] 实施例3
[0034] 一种低碳钢等离子表面钥铬共渗制备强化层的方法，所述方法包括如下步骤：对 低碳钢进行活化处理，等离子表面钥、铬、钨和Y共渗，渗碳淬火，深冷处理，低温回火，所述 等离子表面钥、铬、钨和Y共渗在真空环境下进行，等离子表面钥、铬、钨和Y共渗装置采用 液封处理。
[0035] 所述共渗工艺参数为：源极电压900V，阴极电压700V，保温温度900°C，保温时间 5h〇
[0036] 所述深冷处理工艺在_194°C的液体氮中保温中，再在空气中回升到室温，所述保 温时间为lh。
[0037] 所述深冷处理工艺在_194°C的液体氮中保温中，再在空气中回升到室温。
[0038] 所述低温回火的温度为115°C。
[0039] 所述低温回火保温的时间为1. 5h。
[0040] 实施例4
[0041] 一种低碳钢等离子表面钥铬共渗制备强化层的方法，所述方法包括如下步骤：对 低碳钢进行活化处理，等离子表面钥、铬、钨和Y共渗，渗碳淬火，深冷处理，低温回火，所述 等离子表面钥、铬、钨和Y共渗在真空环境下进行，等离子表面钥、铬、钨和Y共渗装置采用 液封处理。
[0042] 所述共渗工艺参数为：源极电压880V，阴极电压680V，保温温度850°C，保温时间 5. 6h〇
[0043] 所述深冷处理工艺在_194°C的液体氮中保温中，再在空气中回升到室温，所述保 温时间为lh。
[0044] 所述深冷处理工艺在_194°C的液体氮中保温中，再在空气中回升到室温。
[0045] 所述低温回火的温度为120°C。
[0046] 所述低温回火保温的时间为1. 6h。
[0047] 对实施例1-4等离子表面钥铬共渗后形成的钥铬层进行成分分布，距表面距离为 20 μ m的结果如表1所示。
[0048] 表 1
[0049]
【权利要求】
1. 一种低碳钢等离子表面钥铬共渗制备强化层的方法，其特征在于，所述方法包括如 下步骤：等离子表面钥、铬、钨和Y共渗，渗碳淬火，深冷处理，低温回火，所述等离子表面 钥、铬、钨和Y共渗在真空环境下进行，等离子表面钥、铬、钨和Y共渗装置采用液封处理。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，等离子表面钥、铬、钨和Y共渗前对低碳钢进 行活化处理。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述共渗工艺参数为：源极电压850? 1000V，阴极电压650?750V，保温温度800?950°C，保温时间3. 5?8h。
4. 如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述深冷处理工艺在-194°C的液体 氮中保温中，再在空气中回升到室温。
5. 如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述低温回火的温度为100? 128°C，优选 105 ?125°C，进一步优选 120°C。
6. 如权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，所述低温回火保温的时间为1? 2. lh，优选1. 2?1. 8h，进一步优选1. 2?1. 5h。
【文档编号】C23F17/00GK104195507SQ201410473541
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2014年9月16日
【发明者】朱忠良 申请人:朱忠良