本发明涉及金属表面改性技术领域，尤其涉及一种奥氏体不锈钢及其复合等离子体强化方法。
背景技术：
奥氏体不锈钢耐腐蚀性（即耐蚀性）优异，被广泛用于众多领域，但其硬度和耐磨性不佳，限制了奥氏体不锈钢的应用。离子渗氮是在等离子体的作用下将氮元素渗入钢材，形成强化固溶体，能显著增强表面硬度和耐磨性，是常用的表面改性技术。常规离子渗氮温度较高（约550℃），用于处理奥氏体不锈钢时，虽然可提高工件硬度，但会造成氮化铬析出，耐腐蚀性显著降低。低温渗氮将温度降低到450℃以下，可以生成高硬度、耐腐蚀的S相。但若处理时间短则硬度较低；处理时间长，生成的S相在后期处理中分解出氮化铬，导致耐腐蚀性下降。
通过超声喷丸、高能喷丸、表面机械研磨等预处理工艺，在工件表面产生强烈的塑性变形，使其表面晶粒纳米化，之后进行渗氮，利用纳米层的高扩散系数实现更低的处理温度，减少铬化合物的析出，在保持奥氏体不锈钢耐蚀性基础上获得更高表面硬度，但预处理时间较长、工件容易变形、对工件形状要求苛刻，使得这种技术在工业化生产中受到很多限制。
等离子体电化学预处理可以在材料表面形成一层纳米结构层，处理速度快，耐蚀性优异，适合处理异型工件，具有极佳的发展前景，但处理后不锈钢硬度较低，限制了其应用。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现要素：
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种奥氏体不锈钢及其复合等离子体强化方法，旨在解决现有奥氏体不锈钢表面处理技术效率低、对工件形状要求苛刻、容易影响工件品质等问题。
本发明的技术方案如下：
一种奥氏体不锈钢复合等离子体强化方法，其中，包括步骤：
A、对奥氏体不锈钢工件进行清洗，去除表面油污和杂质；
B、在电解液中对奥氏体不锈钢工件进行等离子体电化学预处理，在奥氏体不锈钢工件表面生成纳米结构层；
C、对预处理后的奥氏体不锈钢工件进行清洗并烘干；
D、将烘干后的奥氏体不锈钢工件装入离子渗氮炉中，将离子渗氮炉抽真空，再通入氩气和氢气，然后通电进行等离子体轰击清洗以及等离子体轰击升温处理；
E、达到设定温度后，关闭氩气，通入氮气，保温一段时间，完成低温离子渗氮处理。
所述的奥氏体不锈钢复合等离子体强化方法，其中，等离子体电化学预处理的电解液，按质量百分比计，包括：甘油65-88%，乙二醇10-20%，碳酸钠1-5%，去离子水1-10%。
所述的奥氏体不锈钢复合等离子体强化方法，其中，等离子体电化学预处理中，采用直流脉冲电源，奥氏体不锈钢工件为阴极，石墨为阳极，电压为200-600伏，频率为350-650赫兹，占空比15-50%，电解液温度小于50℃，处理时间为0.5-10分钟。
所述的奥氏体不锈钢复合等离子体强化方法，其中，等离子体轰击升温过程中，氩气和氢气的体积比为1：3-3：1，气压为80-150Pa。
所述的奥氏体不锈钢复合等离子体强化方法，其中，低温离子渗氮过程中，氮气和氢气的体积比为1：6-1：1，气压为80-150Pa，低温离子渗氮温度为350-420℃，低温离子渗氮时间为2-10h。
所述的奥氏体不锈钢复合等离子体强化方法，其中，所述纳米结构层的厚度为20-100微米。
所述的奥氏体不锈钢复合等离子体强化方法，其中，所述纳米结构层的晶粒平均尺寸为10-100纳米。
所述的奥氏体不锈钢复合等离子体强化方法，其中，所述步骤D中，抽真空到0.5Pa。
一种奥氏体不锈钢，其中，采用如上所述的方法强化得到。
有益效果：（1）纳米化预处理采用等离子体电化学方法，处理速度快，工件不变形，异型工件也能均匀处理；（2）等离子体轰击清洗可以去除等离子体电化学方法生成的疏松层，有助于工件硬度和耐蚀性的提高；（3）低温离子渗氮不会生成氮化铬，相对其他方法，工件耐腐蚀性得到显著提高；（4）低温离子渗氮生成的离子氮化层具有较高的硬度，配合一定厚度的纳米结构层，韧性较好，可以承载更大的载荷。
附图说明
图1为本发明提供的一种奥氏体不锈钢复合等离子体强化方法较佳实施例的流程图。
图2为本发明的奥氏体不锈钢制作流程图。
具体实施方式
本发明提供一种奥氏体不锈钢及其复合等离子体强化方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，图1为本发明提供的一种奥氏体不锈钢复合等离子体强化方法较佳实施例的流程图，其包括步骤：
S1、对奥氏体不锈钢工件进行清洗，去除表面油污和杂质；
S2、在电解液中对奥氏体不锈钢工件进行等离子体电化学预处理，在奥氏体不锈钢工件表面生成纳米结构层；
S3、对预处理后的奥氏体不锈钢工件进行清洗并烘干；
S4、将烘干后的奥氏体不锈钢工件装入离子渗氮炉中，将离子渗氮炉抽真空，再通入氩气和氢气，然后通电进行等离子体轰击清洗以及等离子体轰击升温处理；
S5、达到设定温度后，关闭氩气，通入氮气，保温一段时间，完成低温离子渗氮处理。
本发明通过等离子体电化学方法对奥氏体不锈钢表面进行纳米化处理，显著增加了氮元素扩散系数，在较低温度下快速离子渗氮，实现高硬度和高耐蚀性的完美结合，处理速度快，工件无变形，适用于各种不同形状的表面。
如图2所示，本发明的主要工序，是在电解液中对奥氏体不锈钢工件10进行等离子体电化学预处理，从而在奥氏体不锈钢工件10表面生成纳米结构层20，然后进行低温离子渗氮处理，从而在纳米结构层20表面生成离子氮化层30，这样形成最终的复合强化层，其韧性好，硬度高，且可提高耐腐蚀性能。本发明通过等离子体电化学预处理与低温离子渗氮处理的结合，实现了奥氏体不锈钢高硬度和高耐磨性的完美结合，更适合于在工业化生产中应用。另外本发明还结合了等离子体轰击清洗和等离子体轰击升温处理，即在清洗的同时进行升温处理，这种处理方法可有效去除等离子体电化学方法生成的疏松层，从而提高工件硬度和耐蚀性。
进一步，等离子体电化学预处理的电解液，按质量百分比计，包括：甘油65-88%，乙二醇10-20%，碳酸钠1-5%，去离子水1-10%。在该电解液的条件下，奥氏体不锈钢工件不会发生变形，可处理各种异型工件，降低了对工件形状的要求，同时生成的纳米结构层（也可称纳米改性层）具有较高的耐蚀性，处理速度也更快。
进一步，等离子体电化学预处理中，采用直流脉冲电源，奥氏体不锈钢工件为阴极，石墨为阳极，电压为200-600伏，频率为350-650赫兹，占空比15-50%，电解液温度小于50℃，处理时间0.5-10分钟。上述处理条件，可提高处理效率和处理速度，且生成的纳米结构层其厚度适中。本发明中纳米结构层的厚度优选为20-100微米，其厚度过小，则耐蚀性降低，其厚度过大，则会增加处理时间，提高成本，还可能会影响不锈钢硬度，更有选的是30~60微米。纳米结构层的晶粒平均尺寸为10-100纳米，该晶粒尺寸可提高纳米结构层耐蚀性，且确保不锈钢具有较佳硬度。
进一步，等离子体轰击升温过程中，氩气和氢气的体积比为1：3-3：1，气压为80-150Pa。在该条件下，更有效去除工件在等离子体电化学预处理过程中生成的疏松层，同时还可为后续的低温离子渗氮处理准备一定的温度条件。
进一步，低温离子渗氮过程中，氮气和氢气的体积比为1：6-1：1，气压为80-150Pa，低温离子渗氮温度为350-420℃，渗氮时间为2-10h。此条件下进行低温离子渗氮，可有效避免氮化铬等铬化合物析出，从而保证最终处理后的奥氏体不锈钢工件具有足够的耐腐蚀性。
进一步，所述步骤S4中，抽真空到0.5Pa，抽真空处理是为了后续通入氩气和氢气，以便进行等离子体轰击清洗及升温处理。
本发明还提供一种奥氏体不锈钢，其采用如上所述的方法强化得到。
实施例1：
一种奥氏体不锈钢复合等离子体强化方法，包含如下步骤：
（1）对奥氏体不锈钢工件清洗，去除表面油污和杂质；
（2）在电解液中对奥氏体不锈钢工件进行等离子体电化学预处理，电解液各组分及质量百分比为：甘油65%，乙二醇20%，碳酸钠5%，去离子水10%。采用直流脉冲电源，工件为阴极，石墨为阳极，电压为200伏，频率为650赫兹，占空比为15%，电解液温度小于50℃，处理时间为10分钟。生成的纳米结构层厚度为20微米，晶粒平均尺寸为10纳米；
（3）对预处理后的奥氏体不锈钢工件进行清洗并烘干；
（4）将奥氏体不锈钢工件装入离子渗氮炉中，抽真空到0.5Pa，通入氩气和氢气，通电进行等离子体轰击清洗及等离子体轰击升温处理；氩气和氢气的体积比为1：3，气压为80Pa；
（5）关闭氩气，通入氮气，调节氮气和氢气的体积比为1：6，气压为80Pa，渗氮温度为350℃，渗氮时间为10h，完成整个处理工艺。
处理后的奥氏体不锈钢工件，表面硬度大于1200HV，中性盐雾时间大于200h，异型工件均匀性佳。
实施例2：
一种奥氏体不锈钢复合等离子体强化方法，包含如下步骤：
（1）对奥氏体不锈钢工件清洗，去除表面油污和杂质；
（2）在电解液中对奥氏体不锈钢工件进行等离子体电化学预处理，电解液各组分及质量百分比为：甘油75%，乙二醇15%，碳酸钠3%，去离子水7%。采用直流脉冲电源，工件为阴极，石墨为阳极，电压为400伏，频率为550赫兹，占空比为35%，电解液温度小于50℃，处理时间为5分钟。生成的纳米结构层厚度为60微米，晶粒平均尺寸为40纳米；
（3）对预处理后的奥氏体不锈钢工件进行清洗烘干；
（4）将工件装入离子渗氮炉中，抽真空到0.5Pa，通入氩气和氢气，通电进行等离子体轰击清洗及等离子体轰击升温处理；氩气和氢气的体积比为1：1，气压为100Pa；
（5）关闭氩气，通入氮气，调节氮气和氢气的体积比为1：4，气压为100Pa，渗氮温度为370℃，渗氮时间为5h，完成整个处理工艺。
处理后的奥氏体不锈钢工件，表面硬度大于1300HV，中性盐雾时间大于200h，异型工件均匀性佳。
实施例3
一种奥氏体不锈钢复合等离子体强化方法，包含如下步骤：
（1）对奥氏体不锈钢工件清洗，去除表面油污和杂质；
（2）在电解液中对奥氏体不锈钢工件进行等离子体电化学预处理，电解液各组分及质量百分比为：甘油80%，乙二醇15%，碳酸钠2%，去离子水3%。采用直流脉冲电源，工件为阴极，石墨为阳极，电压为600伏，频率为450赫兹，占空比为40%，电解液温度小于50℃，处理时间为0.5分钟。生成的纳米结构层厚度为30微米，晶粒平均尺寸为80纳米；
（3）对预处理后的奥氏体不锈钢工件进行清洗烘干；
（4）将工件装入离子渗氮炉中，抽真空到0.5Pa，通入氩气和氢气，通电进行等离子体轰击清洗及等离子体轰击升温处理；氩气和氢气的体积比为2：1，气压为140Pa；
（5）关闭氩气，通入氮气，调节氮气和氢气的体积比为1：2，气压为140Pa，渗氮温度为420℃，渗氮时间为2h，完成整个处理工艺。
处理后的奥氏体不锈钢工件，表面硬度大于1300HV，中性盐雾时间大于200h，异型工件均匀性佳。
实施例4：
一种奥氏体不锈钢复合等离子体强化方法，包含如下步骤：
（1）对奥氏体不锈钢工件清洗，去除表面油污和杂质；
（2）在电解液中对奥氏体不锈钢工件进行等离子体电化学预处理，电解液各组分及质量百分比为：甘油88%，乙二醇10%，碳酸钠1%，去离子水1%。采用直流脉冲电源，工件为阴极，石墨为阳极，电压为600伏，频率为350赫兹，占空比为50%，电解液温度小于50℃，处理时间为10分钟。生成的纳米结构层厚度为100微米，晶粒平均尺寸为100纳米；
（3）对预处理后的奥氏体不锈钢工件进行清洗烘干；
（4）将工件装入离子渗氮炉中，抽真空到0.5Pa，通入氩气和氢气，通电进行等离子体轰击清洗及等离子体轰击升温处理；氩气和氢气的体积比为3：1，气压为150Pa；
（5）关闭氩气，通入氮气，调节氮气和氢气的体积比为1：1，气压为150Pa，渗氮温度为400℃，渗氮时间为10h，完成整个处理工艺。
处理后的奥氏体不锈钢工件，表面硬度大于1400HV，中性盐雾时间大于200h，异型工件均匀性佳。
综上所述，本发明的复合等离子体强化方法，包括工件清洗、等离子体电化学预处理、清洗烘干、等离子体轰击清洗及升温和低温离子渗氮等工序；最终生成的复合强化层包含20-100微米的纳米结构层以及在纳米结构层上方离子渗氮形成的离子氮化层；处理后的工件表面具有较高的硬度、耐蚀性和韧性，处理速度快、工件不变形、异型工件也能均匀处理，适合工业化生产需要，可应用于大规模生产。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。