奥氏体不锈钢表面非金属离子渗入处理方法与流程

本发明涉及一种金属表面改性技术，具体地说是奥氏体不锈钢表面非金属离子渗入处理方法。

背景技术：

奥氏体不锈钢是不锈钢中最为常见的一种，其用量已经占到不锈钢总用量的70％。奥氏体不锈钢具有无磁性、极好的抗蚀性、焊接性和生物相容性等优点，在石油、食品生物、化工、海洋、航空、航天、医学、国防等行业中得到广泛的应用，但是由于奥氏体不锈钢中含碳量很低，无法通过相变进行强化，硬度偏低(200～250Hv)导致其耐磨损性能较差，影响了其应用空间。所以，在提高奥氏体不锈钢硬度的同时保持其优良的抗蚀性是当前相关行业迫切需要解决的技术问题。

目前，我国常用的气体氮化、离子氮化、QPQ技术虽然能大幅度提高奥氏体不锈钢表面硬度，但是会导致奥氏体不锈钢CrN化合物的大量析出，导致其抗蚀性能降低。

技术实现要素：

本发明就是针对现有奥氏体不锈钢硬度提高但抗蚀性会降低的技术问题，提供一种在提高硬度的同时保持其抗蚀性的奥氏体不锈钢表面非金属离子渗入处理方法。

一种奥氏体不锈钢表面非金属离子渗入处理方法，其步骤如下：

(1)装夹清洗：将奥氏体不锈钢产品装夹并放入超声波清洗仪中，清除产品表面的油污和脏物；

(2)预热：将清洗过后的产品放入预热炉中加热升温至380～400℃，保温1～2小时使其表面呈金黄色；

(3)离子渗入：将离子渗入炉加热升温至400℃后至炉内的氮化盐完全溶解，保温2小时后再放入预热好的产品，然后在400～420℃状态下保温4～5小时；

(4)一次离子氧化：将离子氧化炉加热升温至360℃至氧化盐完全溶解，然后放入经离子渗入好的产品，在360～380℃状态下保温30～50分钟；

(5)抛光：使用喷沙清除产品表面疏松层；

(6)二次离子氧化：同步骤(4)；

(7)离子钝化：将二次离子氧化后的产品放入离子钝化炉中，在120℃状态下保温40分钟进行钝化；

(8)清洗：用清洗济去除钝化后产品表面的油污，得到成品。

优选地，步骤如下：

(1)装夹清洗：将奥氏体不锈钢产品装夹并放入超声波清洗仪中，清除产品表面的油污和脏物；

(2)预热：将清洗过后的产品放入预热炉中加热升温至380℃，保温2小时使其表面呈金黄色；

(3)离子渗入：将离子渗入炉加热升温至400℃后至炉内的氮化盐完全溶解，保温2小时后再放入预热好的产品，在400℃状态下保温5小时；

(4)一次离子氧化：将离子氧化炉加热升温至360℃至氧化盐完全溶解，然后放入经离子渗入好的产品，在360℃状态下保温50分钟；

(5)抛光：使用喷沙清除产品表面疏松层；

(6)二次离子氧化：同步骤(4)；

(7)离子钝化：将二次氧化后的产品放入离子钝化炉中，在120℃状态下保温40分钟进行钝化，离子钝化炉采用20号机油；

(8)清洗：用清洗济去除钝化后产品表面的油污，得到成品。

优选地，步骤(3)中氮化盐完全溶解后氰酸根浓度为33％以上，当浓度低于33％时适当加入再生盐提升氰酸根浓度。

优选地，步骤(3)中若产品放入离子渗入炉时温度降低超过40℃，应降低产品的装炉量。

优选地，步骤(3)中氮化盐成分及重量百分比如下：

碳酸钾和碳酸钠 42％

氰酸钾和氰酸钠 52.5％

碳酸锂 5％

碳酸钇和硫酸镧 0.5％。

优选地，再生盐成分及重量百分比如下：

三聚氰胺 49％

三聚氰酸 31％

尿素 20％。

优选地，离子渗入炉和离子氧化炉坩埚材料为钛。

本发明工艺流程合理、操作简易；环保、可靠、变形小；通过在较低的温度下进行离子渗入，保持奥氏体不锈钢优良抗蚀性的同时大幅度提高其耐磨性，从而大幅度提高了奥氏体不锈钢的应用范围。

附图说明

图1为304不锈钢非金属离子渗入金相组织图；

图2为304不锈钢断面硬度梯度图；

图3为316不锈钢非金属离子渗入金相组织图；

图4为316不锈钢断面硬度梯度图。

具体实施方式

本处理方法在奥氏体不锈钢表面渗入[N]、[C]、[O]非金属离子和微量[Y]、[La]稀土元素，改变其材料表面的组织结构，形成[N]、[C]、[O]扩散层，Fe₃N、Fe₄N、Fe₃C化合物层和Fe₃O₄氧化膜层，渗层厚度90-150μm,表面硬度大于1100HV_0.2，实现奥氏体不锈钢大幅度提高耐磨性的同时保持优良的抗蚀性。

实施例1

(1)装夹清洗：将奥氏体不锈钢产品装夹并放入超声波清洗仪中，清除产品表面的油污和脏物。

(2)预热：将清洗过后的产品放入预热炉中加热升温至380℃，保温2小时使其表面呈金黄色，加热方式为电加热。

(3)离子渗入：将离子渗入炉加热升温至400℃后至炉内的氮化盐完全溶解(其氰酸根浓度大于33％以上，当浓度低于33％时应适当加入再生盐提升氰酸根浓度)，保温2小时后再放入预热好的产品，在400℃状态下保温5小时。若产品放入离子渗入炉时温度降低超过40℃，应降低产品的装炉量。

(4)一次离子氧化：将离子氧化炉加热升温至360℃至氧化盐完全溶解，然后放入经离子渗入好的产品，在360℃状态下保温50分钟。

(5)抛光：喷沙(190#玻璃珠)清除产品表面疏松层。

(6)二次离子氧化：同步骤(4)。

(7)离子钝化：将二次氧化后的产品放入离子钝化炉中，在120℃状态下保温40分钟进行钝化，离子钝化炉采用20号机油。

(8)清洗：用清洗济去除钝化后产品表面的油污，得到成品。

本实施例对304奥氏体不锈钢表面非金属离子渗入处理后，其表面硬度为1163Hv_0.2，抗蚀性大于210小时；对316奥氏体不锈钢表面非金属离子渗入处理后，其表面硬度为1183Hv_0.2，抗蚀性大于260小时。

实施例2

(1)装夹清洗：将奥氏体不锈钢产品装夹并放入超声波清洗仪中，清除产品表面的油污和脏物。

(2)预热：将清洗过后的产品放入预热炉中加热升温至390℃，保温1.5小时使其表面呈金黄色，加热方式为电加热。

(3)离子渗入：将离子渗入炉加热升温至400℃后至炉内的氮化盐完全溶解(其氰酸根浓度大于33％以上，当浓度低于33％时应适当加入再生盐提升氰酸根浓度)，保温2小时后再放入预热好的产品，在410℃状态下保温4.5小时。若产品放入离子渗入炉时温度降低超过40℃，应降低产品的装炉量。

(4)一次离子氧化：将离子氧化炉加热升温至360℃至氧化盐完全溶解，然后放入经离子渗入好的产品，在370℃状态下保温40分钟。

(5)抛光：喷沙(180#玻璃珠)清除产品表面疏松层。

(6)二次离子氧化：同步骤(4)。

(7)离子钝化：将二次氧化后的产品放入离子钝化炉中，在120℃状态下保温40分钟进行钝化，离子钝化炉采用20号机油。

(8)清洗：用清洗济去除钝化后产品表面的油污，得到成品。

本实施例对304奥氏体不锈钢表面非金属离子渗入处理后，其表面硬度为1167Hv_0.2，抗蚀性大于219小时；对316奥氏体不锈钢表面非金属离子渗入处理后，其表面硬度为1192Hv_0.2，抗蚀性大于263小时。

实施例3

(1)装夹清洗：将奥氏体不锈钢产品装夹并放入超声波清洗仪中，清除产品表面的油污和脏物。

(2)预热：将清洗过后的产品放入预热炉中加热升温至400℃，保温1小时使其表面呈金黄色，加热方式为电加热。

(3)离子渗入：将离子渗入炉加热升温至400℃后至炉内的氮化盐完全溶解(其氰酸根浓度大于33％以上，当浓度低于33％时应适当加入再生盐提升氰酸根浓度)，保温2小时后再放入预热好的产品，在420℃状态下保温4小时。若产品放入离子渗入炉时温度降低超过40℃，应降低产品的装炉量。

(4)一次离子氧化：将离子氧化炉加热升温至360℃至氧化盐完全溶解，然后放入经离子渗入好的产品，在380℃状态下保温30分钟。

(5)抛光：喷沙(200#玻璃珠)清除产品表面疏松层。

(6)二次离子氧化：同步骤(4)。

(7)离子钝化：将二次氧化后的产品放入离子钝化炉中，在120℃状态下保温40分钟进行钝化，离子钝化炉采用20号机油。

(8)清洗：用清洗济去除钝化后产品表面的油污，得到成品。

本实施例对304奥氏体不锈钢表面非金属离子渗入处理后，其表面硬度为1170Hv_0.2，抗蚀性大于218小时；对316奥氏体不锈钢表面非金属离子渗入处理后，其表面硬度为1189Hv_0.2，抗蚀性大于259小时。

上述三个实施例中，步骤(3)中氮化盐组分及重量百分比如下：

碳酸钾(K₂CO₃)和碳酸钠(Na₂CO₃) 42％

氰酸钾(KCNO)和氰酸钠(NaCNO) 52.5％

碳酸锂(LiCO₃) 5％

碳酸钇(Y₂(CO₃)₃)和硫酸镧(La₂(SO₄)₃) 0.5％。

再生盐组分及重量百分比如下：

三聚氰胺 49％

三聚氰酸 31％

尿素 20％

离子渗入炉和离子氧化炉坩埚材料为钛，降低了其与氮化盐、氧化盐进行化学反应对离子渗入的技术性能的影响。

304不锈钢非金属离子渗入的金相组织图和断面硬度梯度图如图1和图2所示，316不锈钢非金属离子渗入的金相组织图和断面硬度梯度图如图3和图4所示。由上述各实施例可以看出，采用本方法奥氏体不锈钢经非金属离子渗入处理表面硬度由原200～250HV_0.2提高到1100HV_0.2以上，抗蚀性大于200小时，大幅度提高了奥氏体不锈钢耐磨性和使用寿命，同时也大幅度扩展了其应范围。

惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本发明权利要求书涵盖之范畴。