CN106637123A - 一种基于离子注入的不锈钢表面处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于离子注入的不锈钢表面处理工艺，属于不锈钢的表面加工处理方法，具体包括如下步骤：（1）清洗除杂、（2）离子注入处理、（3）激光冲击处理、（4）保温处理。本发明处理后的不锈钢具有良好的耐腐性能，力学特性也得到了有效改善，进一步提升了其使用价值，经济效益较高。

Description

一种基于离子注入的不锈钢表面处理工艺
技术领域
本发明属于不锈钢的表面加工处理方法，具体涉及一种基于离子注入的不锈钢表面处理工艺。
背景技术
随着人们生活质量的不断提高，不锈钢制品越来越多的深入到人们的日常生活当中。在实际加工生产中，为了改善不锈钢的表面特性，需要对其进行表面改性处理操作，常规的有电镀、钝化、渗碳等方法。离子注入技术已经在很多领域里获得了广泛的应用，取得了明显的经济效益和技术成果。离子注入技术研究可以注入各种金属离子以及气体离子，元素种类不受冶金学的限制，具有可控性强，绕射性好等特点。但在技术和使用要求不断提高的今天，对于产品的性能和离子注入技术的效果还需进一步的优化。
发明内容
本发明旨在提供一种基于离子注入的不锈钢表面处理工艺。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种基于离子注入的不锈钢表面处理工艺，包括如下步骤：
（1）清洗除杂：
先用工业去油液对不锈钢进行除油处理后，再用清水冲洗干净，沥去表面水分后，再对其进行干燥备用；
（2）离子注入处理：
将步骤（1）处理后的不锈钢放入离子注入机真空室中，抽真空至1.5~2×10-5Pa，对不锈钢表面进行离子注入操作，控制离子注入的加速电压为70~80kV，束流为5.5~6.5mA，离子注入的剂量为4~8×1017ions/cm2；
（3）激光冲击处理：
将步骤（2）处理后的不锈钢取出，放入温度为300~400℃的条件下保温处理2~3h后，再将其取出放入脉冲激光冲击装备中，控制脉冲激光的波长为985~1000nm，脉冲宽度为25~26ns，单脉冲能量为8~10J，处理完成后取出备用；
（4）保温处理：
将步骤（3）处理后的不锈钢取出后放入温度为220~260℃的条件下保温处理4~5h后，再自然降温至室温即可。
进一步的，步骤（2）中所述的离子注入的束斑直径为100~120mm。
进一步的，步骤（2）中所述的离子注入的元素种类为碳、钛、铌、镍、铬中的至少两种。
进一步的，步骤（3）中所述的激光冲击处理采用多次重复冲击的方式，多次冲击的重复率为0.2~0.3Hz，搭接率为40%。
进一步的，步骤（3）中所述的激光冲击处理时，在不锈钢上表面设有吸收层，所述吸收层为铝箔。
本发明具有如下有益效果：
本发明根据现有不锈钢常见的使用缺陷，以离子注入和激光冲击相结合的方式对其进行了表面改进处理，其中合理的控制离子注入的条件，有效的在不锈钢表面形成了一附着性牢固的镀层，有效改善了表面硬度和品相，接着进行的激光冲击处理操作，能有效促进诱导镀层下不锈钢晶粒的细化，提升镀层与不锈钢的附着强度，增强整体的致密性，改善了其耐腐性能和力学特性。最终本发明处理后的不锈钢具有良好的耐腐性能，力学特性也得到了有效改善，进一步提升了其使用价值，经济效益较高。
具体实施方式
实施例1
一种基于离子注入的不锈钢表面处理工艺，包括如下步骤：
（1）清洗除杂：
先用工业去油液对不锈钢进行除油处理后，再用清水冲洗干净，沥去表面水分后，再对其进行干燥备用；
（2）离子注入处理：
将步骤（1）处理后的不锈钢放入离子注入机真空室中，抽真空至1.5×10-5Pa，对不锈钢表面进行离子注入操作，控制离子注入的加速电压为70kV，束流为5.5~6.0mA，离子注入的剂量为4~6×1017ions/cm2；
（3）激光冲击处理：
将步骤（2）处理后的不锈钢取出，放入温度为300℃的条件下保温处理2h后，再将其取出放入脉冲激光冲击装备中，控制脉冲激光的波长为985~995nm，脉冲宽度为25ns，单脉冲能量为8J，处理完成后取出备用；
（4）保温处理：
将步骤（3）处理后的不锈钢取出后放入温度为220℃的条件下保温处理4h后，再自然降温至室温即可。
进一步的，步骤（2）中所述的离子注入的束斑直径为100~110mm。
进一步的，步骤（2）中所述的离子注入的元素种类为碳、钛和铌。
进一步的，步骤（3）中所述的激光冲击处理采用多次重复冲击的方式，多次冲击的重复率为0.2Hz，搭接率为40%。
进一步的，步骤（3）中所述的激光冲击处理时，在不锈钢上表面设有吸收层，所述吸收层为铝箔。
实施例2
一种基于离子注入的不锈钢表面处理工艺，包括如下步骤：
（1）清洗除杂：
先用工业去油液对不锈钢进行除油处理后，再用清水冲洗干净，沥去表面水分后，再对其进行干燥备用；
（2）离子注入处理：
将步骤（1）处理后的不锈钢放入离子注入机真空室中，抽真空至2×10-5Pa，对不锈钢表面进行离子注入操作，控制离子注入的加速电压为80kV，束流为6.0~6.5mA，离子注入的剂量为6~8×1017ions/cm2；
（3）激光冲击处理：
将步骤（2）处理后的不锈钢取出，放入温度为400℃的条件下保温处理3h后，再将其取出放入脉冲激光冲击装备中，控制脉冲激光的波长为990~1000nm，脉冲宽度为26ns，单脉冲能量为10J，处理完成后取出备用；
（4）保温处理：
将步骤（3）处理后的不锈钢取出后放入温度为260℃的条件下保温处理5h后，再自然降温至室温即可。
进一步的，步骤（2）中所述的离子注入的束斑直径为110~120mm。
进一步的，步骤（2）中所述的离子注入的元素种类为碳、铌和镍。
进一步的，步骤（3）中所述的激光冲击处理采用多次重复冲击的方式，多次冲击的重复率为0.3Hz，搭接率为40%。
进一步的，步骤（3）中所述的激光冲击处理时，在不锈钢上表面设有吸收层，所述吸收层为铝箔。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例1相比，在步骤（3）激光冲击处理时，不对不锈钢进行保温处理操作，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例2相比，省去步骤（3）激光冲击处理操作，除此外的方法步骤均相同。
对照组
现有的等离子注入方法，其注入的元素种类与实施例1相同。
为了对比本发明效果，选用同一批304不锈钢板材试样作为实验对象，分别用上述五种方法进行处理，然后对处理后的试样进行品质测试，具体对比数据如下表1所示：
表1
表面硬度（HV） 耐应力腐蚀时长（h）
实施例1 760±18 427
实施例2 771±20 432
对比实施例1 720±20 392
对比实施例2 635±17 340
对照组 620±16 326
注：上表1中所述的耐应力腐蚀时长参照GB/T17898-1999《不锈钢42%氯化镁应力腐蚀实验》进行测试。
由上表1可以看出，本发明方法能有效提升不锈钢的表面硬度和耐腐蚀特性，很好增强了其使用价值和寿命。

Claims (5)

1.一种基于离子注入的不锈钢表面处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）清洗除杂：
先用工业去油液对不锈钢进行除油处理后，再用清水冲洗干净，沥去表面水分后，再对其进行干燥备用；
（2）离子注入处理：
将步骤（1）处理后的不锈钢放入离子注入机真空室中，抽真空至1.5~2×10-5Pa，对不锈钢表面进行离子注入操作，控制离子注入的加速电压为70~80kV，束流为5.5~6.5mA，离子注入的剂量为4~8×1017ions/cm2；
（3）激光冲击处理：
将步骤（2）处理后的不锈钢取出，放入温度为300~400℃的条件下保温处理2~3h后，再将其取出放入脉冲激光冲击装备中，控制脉冲激光的波长为985~1000nm，脉冲宽度为25~26ns，单脉冲能量为8~10J，处理完成后取出备用；
（4）保温处理：
将步骤（3）处理后的不锈钢取出后放入温度为220~260℃的条件下保温处理4~5h后，再自然降温至室温即可。
2.根据权利要求1所述的一种基于离子注入的不锈钢表面处理工艺，其特征在于，步骤（2）中所述的离子注入的束斑直径为100~120mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于离子注入的不锈钢表面处理工艺，其特征在于，步骤（2）中所述的离子注入的元素种类为碳、钛、铌、镍、铬中的至少两种。
4.根据权利要求1所述的一种基于离子注入的不锈钢表面处理工艺，其特征在于，步骤（3）中所述的激光冲击处理采用多次重复冲击的方式，多次冲击的重复率为0.2~0.3Hz，搭接率为40%。
5.根据权利要求1所述的一种基于离子注入的不锈钢表面处理工艺，其特征在于，步骤（3）中所述的激光冲击处理时，在不锈钢上表面设有吸收层，所述吸收层为铝箔。
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