CN103014599B - 一种奥氏体不锈钢复合表面处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属表面改性技术领域，具体涉及一种奥氏体不锈钢复合处理工艺。该方法主要包括以下步骤：1）对工件表面清洗，去除工件表面油污和杂质；2）待不锈钢工件冷却后，将其放入离子氮化炉内，通入经过干燥后的氢气，然后起辉升温，待达到一定温度后，通入氮气，调节氮气和氢气比例、炉内压力随后开始计时；3）渗氮一定时间后，关闭氮气，通入经过干燥后的空气，并保温一定时间。采用该工艺处理后的不锈钢不仅提高了表面耐磨性，而且保持住了不锈钢自身优良的耐腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明属于金属表面改性技术领域，尤其涉及一种奥氏体不锈钢复合处理工艺。
背景技术
离子渗氮是一种将氮原子渗入金属表层使金属表面改变化学成分和显微结构的离子化学热处理工艺。经过离子渗氮后的工件表面，可以形成一层致密的化合物层，这种化合物层具有较高的硬度和表面耐磨性，可以大大提高金属工件的使用寿命，因此得到了广泛的应用。
奥氏体不锈钢具有优良的耐腐蚀性能，因此奥氏体不锈钢被广泛地应用在食品、医疗、化工等领域。然而，奥氏体不锈钢表面硬度低、耐磨性差，其应用范围受到了极大的限制。目前已有研究探索将离子渗氮应用于奥氏体不锈钢以提高其表面硬度和耐磨性，并取得了良好的效果。但进行离子氮化时，奥氏体不锈钢内的铬原子极易于与氮原子结合，形成铬氮化物，降低了奥氏体不锈钢表面铬含量，造成不锈钢耐蚀性下降。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种耐蚀性好的奥氏体不锈钢复合表面处理工艺。
实现本发明目的的技术方案是：一种奥氏体不锈钢复合处理工艺，该工艺包括以下步骤：
（1）对不锈钢工件表面清洗，去除工件表面油污和杂质；依次用320#～1200#的SiC砂纸磨平，再用Cr2O抛光粉抛光至镜面；再用无水乙醇或丙酮对不锈钢工件进行5min以上的超声波清洗，去除工件表面油污和杂质，干燥后待用；
（2）将不锈钢工件放入离子氮化炉内，通入经过干燥后的氢气，然后起辉升温，待达到渗氮温度时，通入氮气，调节氮气和氢气比例，所述比例为1:1～1:5，炉内压力为100～500Pa，随后开始计时，进行渗氮，渗氮温度为560～580℃，渗氮时间为2～24h；
（3）渗氮时间完成后，关闭氮气，继续通入氢气，减小电流和电压值，待温度降到400～450℃时，通入经过干燥的空气进行表面氧化；
（4）氧化10～20min后，关闭空气进气阀，关闭离子氮化炉，继续通入氢气，工件随炉冷却。
上述技术方案，所述氮气和氢气比例为1:3，所述炉内压力为300Pa，所述渗氮温度为560℃，渗氮时间为8h。
上述技术方案，所述氧化时间为15min。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：
（1）经过复合处理处理后的奥氏体不锈钢表面从外到内依次形成了致密的Fe3O4膜、化合物层、扩散层。化合物层主要成分为Fe2～3N和CrN，具有较高的硬度和良好的耐磨性，致密的Fe3O4膜则可以有效提高不锈钢表面的耐蚀性。经过耐腐蚀性测试表明，经复合处理处理后的奥氏体不锈钢表面与未经任何处理的奥氏体不锈钢表面耐蚀性相当，说明本发明在提高奥氏体不锈钢表面硬度和表面耐磨性的同时，保持住了不锈钢优良的表面耐蚀性。
（2）在离子氮化后进行氧化时，继续通入氢气，并根据氢气的流量，调节空气与氢气的流量比，有利于形成单一的致密的Fe3O4膜，并抑制Fe2O3的形成，提高了复合渗层的耐腐蚀性能。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为经过离子氮化的不锈钢表面形貌；
图2为经过复合处理处理后的不锈钢表面形貌；
图3经复合处理后的试样及只经离子氮化的304不锈钢试样的X射线衍射图；
图4为经不同处理后的不锈钢试样在盐雾试验中的生锈时间。
具体实施方式
（实施例1）
一种奥氏体不锈钢复合处理工艺；该工艺包括以下步骤：
（1）将不锈钢工件表面依次用320#～1200#的SiC砂纸磨平，再用Cr2O抛光粉抛光至镜面；
（2）用无水乙醇或丙酮对不锈钢工件进行5min以上的超声波清洗，去除工件表面油污和杂质，干燥后待用；
（3）待不锈钢工件冷却后，将其放入离子氮化炉内，通入经过干燥后的氢气，然后起辉升温，待达到560℃后，通入氮气，调节氮气和氢气比例为1：3；待炉内压力为300pa时开始计时；
（4）保温时间到达8小时后，关闭氮气进气阀，继续通入氢气，减小电流和电压值，待温度降到400～450℃时，打开空气进气阀，通入经过干燥的空气进行表面氧化，流量为300L/min，继续保温15min；
（5）关闭离子氮化炉，并关闭空气进气阀，继续通入氢气可抑制Fe2O3相的形成，以保证表面只形成单一的Fe3O4相，有利于表面耐蚀性；
（6）待炉内温度下降至100～200℃时，停止通入氢气。
以下数据为传统只经过离子氮化和通过本实施例工艺所得实验结果：
图1为经过离子氮化的不锈钢表面形貌，图2为经过复合处理处理后的不锈钢表面形貌。比较图1和图2可以发现，经过处理后的奥氏体不锈钢表面后产生了一层致密的白亮层（化合物层），而经过后氧化处理的不锈钢表面白亮层厚度与仅经过离子氮化处理的不锈钢白亮层厚度相当，说明离子氮化后的氧化不会对白亮层造成不良影响。
图3是经复合处理处理后的试样及只经离子氮化的304不锈钢试样的X射线衍射图，从图中可以看出，经过复合处理的304不锈钢表面主要由ε～Fe2N和Fe3O4组成，而只经离子氮化的304表面由ε-Fe3N和CrN组成。比较两个X射线衍射图，可以得知，不同处理方式的304不锈钢试样表面都形成了ε相。ε相具有较高的硬度和耐磨性，对提高试样表面的力学性能有重要的作用。而氧化后形成的致密的Fe3O4膜则可以有效提高不锈钢表面的耐腐蚀性能。
图4是经不同处理后的不锈钢试样在盐雾试验中的生锈时间。从图中可以看出，经离子氮化处理的不锈钢在盐雾中生锈的时间最短，低于未经处理的不锈钢试样，这说明离子氮化后的不锈钢表面耐蚀性明显下降，经过后续氧化处理的不锈钢在盐雾中生锈的时间则大大延长，并达到未经处理的不锈钢的水平。这说明离子氮化后氧化处理可以有效提高离子氮化后不锈钢的表面耐蚀性。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。如渗氮温度在450～580℃，渗氮时间在2～24h内任何时间和温度组合均能获得一定厚度渗层，并经过后续氧化能够提高不锈钢表面耐磨性，只是在450℃、2h下渗氮时获得渗层较薄，而在较高温度和较长时间时所得渗层较厚，但离子渗氮温度过高，渗氮时间过长，如温度超过600℃、或渗氮时间超过30h时则会使渗氮层变得疏松，不利于耐蚀性的提高。
Claims (1)
1.一种奥氏体不锈钢复合处理工艺；其特征在于：该工艺包括以下步骤：
(1)对不锈钢工件表面清洗，去除工件表面油污和杂质；依次用320#～1200#的SiC砂纸磨平，再用Cr2O抛光粉抛光至镜面；再用无水乙醇或丙酮对不锈钢工件进行5min以上的超声波清洗，去除工件表面油污和杂质，干燥后待用；
(2)将不锈钢工件放入离子氮化炉内，通入经过干燥后的氢气，然后起辉升温，待达到渗氮温度时，通入氮气，调节氮气和氢气比例，所述比例为1:3，炉内压力为300Pa，随后开始计时，进行渗氮，渗氮温度为560℃，渗氮时间为8h；
(3)渗氮时间完成后，关闭氮气，继续通入氢气，减小电流和电压值，待温度降到400～450℃时，通入经过干燥的空气进行表面氧化，所述氧化时间为15min；
(4)氧化15min后，关闭空气进气阀，关闭离子氮化炉，继续通入氢气，工件随炉冷却。
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