CN106521444A - 处理M50NiL轴承钢的方法、强化M50NiL轴承钢以及轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了处理M50NiL轴承钢的方法、强化M50NiL轴承钢以及轴承，所述方法包括：(1)采用离子束在所述M50NiL轴承钢表面进行氮离子和碳离子共渗；(2)采用离子束在步骤(1)得到的M50NiL轴承钢表面注入第一稀土离子；(3)采用离子束在步骤(2)得到的M50NiL轴承钢表面注入第二稀土离子；(4)采用离子束对步骤(3)得到的M50NiL轴承钢进行注入处理；(5)采用离子束在步骤(4)得到的M50NiL轴承钢表面交替注入金属离子和气体离子，以便得到强化M50NiL轴承钢。该方法可以显著提高M50NiL轴承钢的抗磨损、抗接触疲劳性能，并且该方法注入和低能轰击扩渗处理一次完成，明显降低了传统热处理带来的环境污染和高耗能，提高了处理效率。

Description

处理M50NiL轴承钢的方法、强化M50NiL轴承钢以及轴承

技术领域

本发明属于金属材料的表面强化处理领域，具体而言，本发明涉及一种处理M50NiL轴承钢的方法、强化M50NiL轴承钢以及轴承。

背景技术

M50NiL钢的成分相比于传统的轴承钢M50钢，降低了C元素的含量，增加了合金元素Ni，并且添加了很多其它种类的合金元素，如Mn，Mo，其中Ni元素提高芯部韧性而增加抗断裂性能，因而是航空轴承上大量使用的高温轴承材料。由于目前应用于航空工业轴承的服役工况条件越来越恶劣，处于重载、高速、高温等较恶条件下工作，所以对材料的力学等方面的性能提出更高要求，M50NiL相比普通的轴承材料具有较高的抗高温性能，但由于此材料含有较多的镍，轴承的强度和抗接触疲劳性能仍不能满足重负载和高速高温工况条件下的轴承性能需求。

因此，现有的处理M50NiL轴承钢的技术有待进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种处理M50NiL轴承钢的方法、强化M50NiL轴承钢以及轴承，该方法可以显著提高M50NiL轴承钢的抗磨损、抗接触疲劳性能，并且该方法注入和低能轰击扩渗处理一次完成，明显降低了传统热处理带来的环境污染和高耗能，提高了处理效率。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种处理M50NiL轴承钢的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：

(1)采用离子束在所述M50NiL轴承钢表面进行氮离子和碳离子共渗；

(2)采用离子束在步骤(1)得到的M50NiL轴承钢表面注入第一稀土离子；

(3)采用离子束在步骤(2)得到的M50NiL轴承钢表面注入第二稀土离子；

(4)采用离子束对步骤(3)得到的M50NiL轴承钢进行注入处理；

(5)采用离子束在步骤(4)得到的M50NiL轴承钢表面交替注入金属离子和气体离子，以便得到强化M50NiL轴承钢。

由此，根据本发明实施例的处理M50NiL轴承钢的方法通过在氮碳共渗以后注入稀土元素可以对轴承钢表面渗层组织结构、性能以及扩渗速率上有一定的影响，稀土元素可以缩短渗氮时间、提高渗层表面硬度，能够促进渗入介质的分解，并且稀土原子通过渗入钢件表面后增大钢件面畸变程度来提高钢件的表面能，从而增强了对C、N等原子的捕捉能力，同时稀土元素也可以作为一种催化剂使轴承钢表面氮浓度升高进而提高轴承钢表面的硬度、耐磨性等力学性能。

另外，根据本发明上述实施例的处理轴承钢的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，步骤(1)～步骤(5)是在真空度为3.0×10^-4Pa～1.8×10^-3Pa条件下进行的。

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，采用离子束在所述轴承钢表面进行氮离子和碳离子共渗的离子注入能量为70KeV～100KeV，时间为1～2小时。

在本发明的一些实施例中，所述第一稀土离子为铈离子，所述第二稀土离子为钇离子，任选的，所述第一稀土离子和所述第二稀土离子的注入剂量分别独立地为0.3×10¹⁷ions/cm²～0.7×10¹⁷ions/cm²，优选0.5×10¹⁷ions/cm²。

在本发明的一些实施例中，在步骤(4)中，采用氮离子束对步骤(3)得到的轴承钢进行注入处理，注入能量为40KeV～70KeV，时间为1～2小时，优选注入能量为50KeV，时间为2小时。

在本发明的一些实施例中，在步骤(5)中，所述金属离子为锆离子、钛离子或铬离子，所述气体离子为氮离子。

在本发明的一些实施例中，在步骤(5)中，注入所述气体离子采用纯度为99.99％的气体源，注入能量为70KeV～100KeV，注入剂量为1.0×10¹⁷ions/cm²～4.0×10¹⁷ions/cm²，注入所述金属离子采用纯度为99.98％的金属靶材，注入能量为50KeV～80KeV，注入剂量为1.2×10¹⁷ions/cm²～4.5×10¹⁷ions/cm²。

在本发明的一些实施例中，所述处理M50NiL轴承钢的方法进一步包括：采用离子束在所述M50NiL轴承钢表面进行氮离子和碳离子共渗之前，预先对所述M50NiL轴承钢表面进行去油脂、去锈点、去杂质、去有机物残留、超声清洗。

在本发明的第二个方面，本发明提出了一种强化M50NiL轴承钢。根据本发明的实施例，所述强化M50NiL轴承钢是采用上述所述的方法得到的。由此，使得所得强化M50NiL轴承钢具有优异的抗磨损、抗接触疲劳性能。

在本发明的第三个方面，本发明提出了一种轴承。根据本发明的实施例，所述轴承是采用上述所述的强化M50NiL轴承钢制备得到的。由此，该轴承具有优异的抗磨损、抗接触疲劳性能，从而显著提高其使用寿命。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的处理M50NiL轴承钢的方法流程示意图；

图2是根据本发明再一个实施例的处理M50NiL轴承钢的方法流程示意图；

图3是未强化和强化后的M50NiL轴承钢的纳米压痕硬度对比曲线；

图4是未强化和强化后的M50NiL轴承钢的摩擦磨损性能对比曲线。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本申请是基于本申请发明人的下列发现完成的：M50NiL轴承钢相比普通的轴承材料具有较高的抗高温性能，但由于此材料含有较多的镍，轴承的强度和抗接触疲劳性能仍不能满足重负载和高速高温工况条件下的轴承性能需求。轴承材料一般失效剥落坑都在1μm以内，所以根据轴承工作特点，重点考虑在保证轴承抗冲击断裂性能的前提下，重点在表面到1μm的次表面内进行改性强化。轴承材料需要较低的摩擦系数和高的耐磨损性能，这就要求轴承钢保持一定的硬度和强度。但是，硬度过高，容易引起断裂，这就要求轴承滚道具有表面高强高硬，芯部具有较好的韧性。另外，还发现尽管经过热处理能够在一定的次表面深度增强材料的硬度，但是材料在一定的接触应力下，容易引起次表面疲劳破坏，这就要求次表面一定深度内还要具有较高的抗接触疲劳破坏能力。渗碳、渗氮等方法已经获得了成功的应用。渗碳可以使工件表面获得很高的硬度，提高其表面耐摩擦磨损的能力，不过渗碳可能会造成表面碳浓度过高或局部贫碳的问题，使材料表面耐磨性能受到影响；氮碳共渗的应用可以有效地提高材料表面的耐磨性，抗疲劳性能和耐腐蚀性，但经氮碳共渗处理后表面生成的化合物层脆性较大且会阻碍氮、碳元素的进一步渗入，时间较长，温度较高，材料需要二次回火，也会带来环境污染和高耗能。本发明的发明人通过对M50NiL轴承钢的强化工艺进行积极探索，旨在解决现有技术中的缺陷，得到具有较高抗磨损、抗接触疲劳性能的强化M50NiL轴承钢。

为此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种处理M50NiL轴承钢的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：(1)采用离子束在所述M50NiL轴承钢表面进行氮离子和碳离子共渗；(2)采用离子束在步骤(1)得到的M50NiL轴承钢表面注入第一稀土离子；(3)采用离子束在步骤(2)得到的M50NiL轴承钢表面注入第二稀土离子；(4)采用离子束对步骤(3)得到的M50NiL轴承钢进行注入处理；(5)采用离子束在步骤(4)得到的M50NiL轴承钢表面交替注入金属离子和气体离子，以便得到强化M50NiL轴承钢。

发明人发现，通过采用高温氮碳共渗提高M50NiL轴承钢强度和韧性，离子束注入稀土元素可以形成特殊结构和长程有序结构，形成较强的化合物缺陷，细化晶粒，增强增韧，满足抗疲劳和增加剪切系数、降低摩擦系数、增强元素的扩散深度；离子束注入处理系统增强轴承钢表面结构性能；最后交替离子注入金属元素和气体元素制备最表层的强化功能层，从而可以显著降低轴承钢的摩擦系数和抗疲劳，增强耐磨损性能，同时通过采用上述特殊的离子束复合表面处理技术，在M50NiL材料表面制备强韧一体化的微纳超结构表面改性层，在基材表面形成1μm范围内的超强超硬和超韧复合功能梯度功能层，使M50NiL材料具有较高抗磨损，抗接触疲劳性能，并且采用此种工艺，可以在增强M50NiL轴承钢材料性能的基础上，渗入和离子注入一次加工完毕，提高了效率，整个过程无污染，耗能也大大降低。

下面参考图1对本发明实施例的处理M50NiL轴承钢的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：

S100：采用离子束在M50NiL轴承钢表面进行氮离子和碳离子共渗

该步骤中，采用离子束在M50NiL轴承钢表面进行氮离子和碳离子共渗。由此，通过对M50NiL轴承钢表面进行氮碳共渗可以使改性层从表面至内部400μm的范围内形成一个高硬度平台，离子注入氮碳共渗改性后材料强度和韧性都有所提高。

根据本发明的又一个实施例，采用离子束对M50NiL轴承钢表面进行氮离子和碳离子共渗的离子注入能量可以为70KeV～100KeV，时间可以为1～2小时。

S200：采用离子束在步骤S100得到的M50NiL轴承钢表面注入第一稀土离子

该步骤中，采用离子束在步骤S100得到的M50NiL轴承钢表面注入第一稀土离子，由此可以对M50NiL轴承钢表面渗层组织结构、性能以及扩渗速率上有一定的影响，稀土元素可以缩短渗氮时间、提高渗层表面硬度，促进渗入介质的分解，并且稀土原子通过渗入钢件表面后增大钢件面畸变程度来提高钢件的表面能，从而增强了对C、N等原子的捕捉能力，同时稀土元素也可以作为催化剂使M50NiL轴承钢表面氮浓度升高进而提高M50NiL轴承钢表面的硬度、耐磨性等力学性能。

根据本发明的一个实施例，第一稀土离子的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，第一稀土离子可以为铈离子。发明人发现，稀土元素铈可以显著优于其他注入元素对前期氮碳共渗形成的化合物起到催化作用，并且对晶粒细化也有促进作用，而且可以增加扩渗的深度，从而显著提高所得强化M50NiL轴承钢的抗磨损、抗接触疲劳性能。

根据本发明的再一个实施例，第一稀土离子的注入剂量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，第一稀土离子注入剂量可以为0.3×10¹⁷ions/cm²～0.7×10¹⁷ions/cm²，优选0.5×10¹⁷ions/cm²。发明人发现，若注入剂量过低，共渗的深度达不到设计的要求，而若注入剂量过高，稀土元素可能形成新的缺陷反而降低M50NiL轴承钢材料的性能。

S300：采用离子束在步骤S200得到的M50NiL轴承钢表面注入第二稀土离子

该步骤中，采用离子束在步骤S200得到的M50NiL轴承钢表面注入第二稀土离子。由此，可以显著提高M50NiL轴承钢的抗氧化性，进而可以提高M50NiL轴承钢的综合性能。

根据本发明的一个实施例，第二稀土离子的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，第二稀土离子可以为钇离子。发明人发现，通过在M50NiL轴承钢表面注入铈离子的基础上，再在M50NiL轴承钢的表面注入钇离子，可以显著提高M50NiL轴承钢的抗氧化性，进而可以提高M50NiL轴承钢的综合性能。

根据本发明的再一个实施例，第二稀土离子的注入剂量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，第二稀土离子注入剂量可以为0.3×10¹⁷ions/cm²～0.7×10¹⁷ions/cm²，优选0.5×10¹⁷ions/cm²。发明人发现，若注入剂量过低，共渗的深度达不到设计的要求，而若注入剂量过高，稀土元素可能形成新的缺陷反而降低M50NiL轴承钢材料的性能。

S400：采用离子束对步骤S300得到的M50NiL轴承钢进行注入处理

该步骤中，采用离子束对步骤S300得到的M50NiL轴承钢进行注入处理。由此，可以显著提高M50NiL轴承钢表面结构性能，并且可以明显降低现有技术中热处理带来的环境污染和高耗能，提高了处理效率。

根据本发明的一个实施例，该步骤中的，可以采用氮离子束对步骤S300得到的M50NiL轴承钢进行注入处理，并且注入处理的注入能量可以为40KeV～70KeV，时间可以为1～2小时，优选注入能量为50KeV，时间为2小时。

S500：采用离子束在步骤S400得到的M50NiL轴承钢表面交替注入金属离子和气体离子

该步骤中，采用离子束在步骤S300得到的M50NiL轴承钢表面交替注入金属离子和气体离子，从而可以得到强化M50NiL轴承钢，并将得到的强化M50NiL轴承钢放入丙酮中，超声清洗20～30分钟后烘干10～15分钟，并将其真空密封封存。由此，通过采用交替离子注入金属离子和气体离子可以在M50NiL轴承钢的最表层形成强化功能层，从而降低M50NiL轴承钢的摩擦系数，提高抗疲劳和耐磨损性能。

根据本发明的一个实施例，金属离子可以为锆离子、钛离子或铬离子，气体离子可以为氮离子。

根据本发明的再一个实施例，注入气体离子采用纯度为99.99％的气体源，注入能量为70KeV～100KeV，注入剂量为1.0×10¹⁷ions/cm²～4.0×10¹⁷ions/cm²，注入金属离子采用纯度为99.98％的金属靶材，注入能量为50KeV～80KeV，注入剂量为1.2×10¹⁷ions/cm²～4.5×10¹⁷ions/cm²。具体的，该过程中，先注入气体离子，再注入金属离子。

根据本发明的实施例，步骤S100～步骤S500是采用一体化离子注入设备进行的，并且步骤S100～步骤S500是在真空度为3.0×10^-4Pa～1.8×10^-3Pa条件下进行的。具体的，将M50NiL轴承钢材料放到真空室工装台上，对真空室抽真空至真空度为3.0×10^-4Pa～1.8×10^-3Pa，真空室工装台沿自身轴线匀速缓慢旋转的同时，用一体化离子注入设备对M50NiL轴承钢材料进行表面强化。

发明人发现，在真空条件下，采用离子束注渗复合和稀土元素强化协同的离子束复合表面处理技术对M50NiL轴承钢进行处理，离子注入氮碳共渗可以使改性层从表面至内部400μm的范围内形成一个高硬度平台，离子注入氮碳共渗改性后材料强度和韧性都有所提高，并且稀土元素对离子注入共渗过程有明显的催渗作用，从而可以形成性能较高的耐热M50NiL轴承钢，同时由于M50NiL材料使用温度更高，在注入稀土元素铈的基础上，注入稀土元素钇，进一步增强抗氧化性，进而提高M50NiL轴承钢的性能，并且本发明采用稀土元素进行增强扩渗，更精确控制热处理深度和注入深度，提高了M50NiL材料的摩擦磨损，抗疲劳和耐腐蚀等综合性，另外采用离子束注入处理系统增强表面结构性能，采用交替离子注入金属元素和气体元素制备最表层的强化功能层，从而可以得到具有较高抗磨损、抗接触疲劳性能的强化M50NiL轴承钢。

参考图2，根据本发明实施例的处理M50NiL轴承钢的方法进一步包括：

S600：采用离子束在M50NiL轴承钢表面进行氮离子和碳离子共渗之前，预先对M50NiL轴承钢表面进行去油脂、去锈点、去杂质、去有机物残留、超声清洗

具体的，首先用金属除脂溶剂去除M50NiL材料上油脂，使其表面不能有油脂，然后将待处理的M50NiL材料放入无污染的四氯乙烯中浸泡10～30分钟后取出，再用宣纸吸净残留溶剂后，最后用干净的丝绸进行擦拭；然后用金属除锈溶剂浸泡清洗M50NiL材料10～30分钟，去除材料表面锈点，接着将经过上述前处理过的M50NiL材料放入丙酮中，超声清洗20～30分钟后取出使用干净绸布擦干；然后将经过上述前处理过的M50NiL材料放入酒精中，超声清洗20～30分钟后取出使用干净绸布擦干，擦干时，在材料的光滑表面上沿同一方向进行擦拭，保证其表面没有水渍和杂质残留，同时不使用已经被污染、浸湿的绸布对试件进行擦拭；接着将处理过的M50NiL材料放入去离子水中，超声清洗20～30分钟后取出，逐个使用干净绸布擦洗、擦干并放置于烘箱中烘干10～15分钟。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对采用的金属除脂溶剂和金属除锈溶剂的具体类型进行选择，例如金属除脂溶剂可以采用市售普通金属除油脂溶剂，成分包括硅酸钠、碳酸钠、氢氧化钠、溶剂水等；清洗用的四氯乙烯为市售普通有机溶剂，也可用其他有机溶剂代替；金属除锈溶剂可以为市售普通除锈剂，成分包括：有机酸、缓蚀剂、去离子水、表面活性剂等；清洗用的丙酮可以为市售普通有机溶剂，也可用其他有机溶剂代替。

在本发明的第二个方面，本发明提出了一种强化M50NiL轴承钢。根据本发明的实施例，所述强化M50NiL轴承钢是采用上述所述的方法得到的。由此，该强化M50NiL轴承钢具有优异的抗磨损、抗接触疲劳性能。需要说明的是，上述针对处理M50NiL轴承钢的方法所描述的特征和优点同样适用于该强化M50NiL轴承钢，此处不再赘述。

在本发明的第三个方面，本发明提出了一种轴承。根据本发明的实施例，所述轴承是采用上述所述的强化M50NiL轴承钢制备得到的。由此，该轴承具有优异的抗磨损、抗接触疲劳性能，从而显著提高其使用寿命。需要说明的是，上述针对强化M50NiL轴承钢所描述的特征和优点同样适用于该轴承，此处不再赘述。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

首先用金属除脂溶剂去除M50NiL轴承钢材料上油脂，使其表面不能有油脂，然后将待处理的M50NiL轴承钢材料放入无污染的四氯乙烯中浸泡30分钟后取出，用宣纸吸净残留溶剂后，用干净的丝绸进行擦拭；再用金属除锈溶剂浸泡清洗M50NiL轴承钢材料20分钟，去除材料表面锈点；然后将其放入丙酮中，超声清洗20分钟后取出使用干净绸布擦干；接着将M50NiL轴承钢材料放入酒精中，超声清洗20分钟后取出，使用干净绸布擦干，擦干时，在材料的光滑表面上沿同一方向进行擦拭，保证其表面没有水渍和杂质残留，同时不使用已经被污染、浸湿的绸布对试件进行擦拭，最后将处理过的M50NiL轴承钢放入去离子水中，超声清洗20分钟后取出，逐个使用干净绸布擦洗、擦干并放置于烘箱中烘干15分钟，得到前处理过的M50NiL轴承钢；然后将得到的经过前处理过的M50NiL轴承钢材料放到真空室试样台上，抽真空至真空度为3.0×10^-4Pa后，真空室工装台沿自身轴线匀速缓慢旋转的同时，用一体化离子注入设备对M50NiL轴承钢材料进行处理，先采用离子束在轴承钢表面进行氮离子和碳离子共渗，然后采用离子束在轴承钢表面注入铈离子，然后采用离子束在轴承钢表面注入钇离子，接着采用氮离子束对得到的轴承钢进行注入热处理，然后采用离子束在得到的轴承钢表面交替注入钛离子和氮离子，得到强化轴承钢，并将得到的M50NiL强化轴承钢放入丙酮中，超声清洗20分钟后烘干15分钟，并将其真空密封封存。其中，采用离子注入方式同时进行氮离子和碳离子共渗过程中离子注入能量为80KeV，时间为1小时，离子注入铈离子和钇离子过程中，每一次注入稀土离子剂量均为0.5×10¹⁷ions/cm²，采用氮离子对轴承钢进行注入处理，注入能量为50KeV，时间为1小时，交替离子注入钛离子和氮离子1次，先注入氮离子，再注入钛离子，交替离子注入钛离子和氮离子过程中，注入氮离子过程采用纯度为99.99％的氮气源，注入能量为80KeV，注入剂量为2.0×10¹⁷ions/cm²，注入钛离子采用99.98％的金属钛靶材，注入能量为45KeV，注入剂量为3.0××10¹⁷ions/cm²。

实施例2

首先用金属除脂溶剂去除M50NiL轴承钢材料上油脂，使其表面不能有油脂，然后将待处理的M50NiL轴承钢材料放入无污染的四氯乙烯中浸泡20分钟后取出，用宣纸吸净残留溶剂后，用干净的丝绸进行擦拭；再用金属除锈溶剂浸泡清洗M50NiL轴承钢材料20分钟，去除材料表面锈点；然后将其放入丙酮中，超声清洗25分钟后取出使用干净绸布擦干；接着将M50NiL轴承钢材料放入酒精中，超声清洗25分钟后取出，使用干净绸布擦干，擦干时，在材料的光滑表面上沿同一方向进行擦拭，保证其表面没有水渍和杂质残留，同时不使用已经被污染、浸湿的绸布对试件进行擦拭，然后将处理过的M50NiL轴承钢材料放入去离子水中，超声清洗25分钟后取出，逐个使用干净绸布擦洗、擦干并放置于烘箱中烘干15分钟，得到前处理过的M50NiL轴承钢材料；然后将经过前处理过的M50NiL轴承钢材料放到真空室试样台上，抽真空至真空度为3.0×10^-4Pa后，真空室工装台沿自身轴线匀速缓慢旋转的同时，用一体化离子注入设备对M50NiL轴承钢材料进行处理，先采用离子束在轴承钢表面进行氮离子和碳离子共渗，然后采用离子束在轴承钢表面注入铈离子，然后采用离子束在轴承钢表面注入钇离子，接着采用氮离子束对得到的轴承钢进行注入处理，然后采用离子束在得到的轴承钢表面交替注入钛离子和氮离子，得到强化轴承钢，并将得到的M50NiL强化轴承钢放入丙酮中，超声清洗20分钟后烘干15分钟，并将其真空密封封存，其中，采用离子注入方式同时进行氮离子和碳离子共渗过程中离子注入能量为100KeV，时间为1小时，离子注入铈离子和钇离子过程中，每一次注入稀土离子剂量均为0.5×10¹⁷ions/cm²，采用氮离子对轴承钢进行注入热处理，注入能量为50KeV，时间为2小时，交替离子注入锆离子、氮离子1次，先注入氮离子，再注入锆离子，交替离子注入锆离子和氮离子过程中，注入氮离子过程采用纯度为99.99％的氮气源，注入能量为80KeV，注入剂量为1.5×10¹⁷ions/cm²，注入锆离子采用99.98％的金属锆靶材，注入能量为40KeV，注入剂量为3.5××10¹⁷ions/cm²。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明在M50NiL轴承钢材料芯部具有较高的抗冲击断裂性能的基础上，通过采用采用离子束注渗复合和稀土元素强化协同的离子束复合表面处理技术，在基材表面形成1μm范围内的超强超硬和超韧复合功能梯度功能层，使此材料具有较高抗磨损，抗接触疲劳性能，从而将其作为航空发动机轴承可以显著提高航空发动机轴承的耐磨和抗接触疲劳寿命，并且其还采用离子束注入处理增加注入元素的弥散扩散，注入和扩渗处理一次完成，减少了热处理带来的环境污染和高耗能。

离子束注渗复合和稀土元素强化协同的离子束复合表面处理技术，把微观组织结构(提升力学性能)+成分(化学化合物改善性能)+机械物理强化(机械制造次表层+稀土强力扩渗)＝超出自然界和常规化学合成的结构(具备超出常规物质结构的力学和物理化学性能)，制备出M50NiL轴承钢材料表面具有纳米级尺寸的特殊结构和性能影响深度15微米左右的功能区的表面超结构材料。其打破常规材料的微观结构组成和化学结合规律，形成具有特殊性能和超出常规材料性能的一种新材料组成，是一般采用常规的冶炼和加工手段不能制备出的结构和性能的新材料。参考图3，对M50NiL强化轴承钢材料(实施例2得到的强化轴承钢)进行纳米压痕硬度测试的结果表明，进行注渗协同强化表面性能的技术强化后的M50NiL轴承钢材料与未处理强化轴承钢的硬度提高20％以上。并且参考图4，对M50NiL强化轴承钢材料(实施例2得到的强化轴承钢)进行摩擦磨损试验后的结果表明，进行注渗协同强化表面性能的技术强化后的M50NiL轴承钢材料与未处理强化的轴承钢摩擦磨损性能提高了近3倍。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种处理M50NiL轴承钢的方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)采用离子束在所述M50NiL轴承钢表面进行氮离子和碳离子共渗；

(2)采用离子束在步骤(1)得到的M50NiL轴承钢表面注入第一稀土离子；

(3)采用离子束在步骤(2)得到的M50NiL轴承钢表面注入第二稀土离子；

(4)采用离子束对步骤(3)得到的M50NiL轴承钢进行注入处理；

(5)采用离子束在步骤(4)得到的M50NiL轴承钢表面交替注入金属离子和气体离子，以便得到强化M50NiL轴承钢。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)～步骤(5)是在真空度为3.0×10^{- 4}Pa～1.8×10^-3Pa条件下进行的。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，采用离子束在所述M50NiL轴承钢表面进行氮离子和碳离子共渗的离子注入能量为70KeV～100KeV，时间为1～2小时。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一稀土离子为铈离子，所述第二稀土离子为钇离子，所述第一稀土离子和所述第二稀土离子的注入剂量分别独立地为0.3×10¹⁷ions/cm²～0.7×10¹⁷ions/cm²，优选0.5×10¹⁷ions/cm²。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，采用氮离子束对步骤(3)得到的M50NiL轴承钢进行注入处理，注入能量为40KeV～70KeV，时间为1～2小时，优选注入能量为50KeV，时间为2小时。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述金属离子为锆离子、钛离子或铬离子，所述气体离子为氮离子。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(5)中，注入所述气体离子采用纯度为99.99％的气体源，注入能量为70KeV～100KeV，注入剂量为1.0×10¹⁷ions/cm²～4.0×10¹⁷ions/cm²，

注入所述金属离子采用纯度为99.98％的金属靶材，注入能量为50KeV～80KeV，注入剂量为1.2×10¹⁷ions/cm²～4.5×10¹⁷ions/cm²。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：采用离子束在所述M50NiL轴承钢表面进行氮离子和碳离子共渗之前，预先对所述M50NiL轴承钢表面进行去油脂、去锈点、去杂质、去有机物残留、超声清洗。

9.一种强化M50NiL轴承钢，其特征在于，所述强化M50NiL轴承钢是采用权利要求1～8中任一项所述的方法得到的。

10.一种轴承，其特征在于，所述轴承是采用权利要求9所述的强化M50NiL轴承钢制备得到的。