CN107201496A - 一种在不锈钢表面制备铬基金属陶瓷硬化层的方法 - Google Patents

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C12/00—Solid state diffusion of at least one non-metal element other than silicon and at least one metal element or silicon into metallic material surfaces
    • C23C12/02—Diffusion in one step

Abstract

本发明公开了一种在不锈钢表面制备铬基金属陶瓷硬化层的方法，包括下列工序：1，将不锈钢制品包埋于含碳、氮及铬元素的固态粉末介质的耐热钢制容器中；2，将装有不锈钢制品和粉末介质的容器置于保护气氛加热炉中；3，将加热炉升温至两百摄氏度进行预抽真空，然后通入保护气氛；4，将加热炉升温至六百至八百摄氏度保持五至十小时，5，将加热炉进一步升温至九百至一千输送带保持五至十小时，在此温度下固态介质分解出活性铬原子，活性铬原子与不锈钢制品表面富碳富氮层中的碳、氮原子反应形成碳化铬或氮化铬金属陶瓷，本发明解决了目前普通的不锈钢表面易于划伤以及经过渗碳或渗氮硬化后的不锈钢耐蚀性下降的问题，具有很好的实用价值。

Description

一种在不锈钢表面制备铬基金属陶瓷硬化层的方法
技术领域
本发明涉及一种制备铬基金属陶瓷硬化层的方法，特别涉及一种在不锈钢表面制备铬基金属陶瓷硬化层的方法。
背景技术
不锈钢具有良好的耐腐蚀性能，但其表面硬度低易出现划伤和磨损。为了提高不锈钢的耐磨损性能，需要对不锈钢表面进行硬化处理。现有技术中，渗碳和渗氮是不锈钢最常用和最有效的表面硬化方法，然而不锈钢经渗碳或渗氮硬化后，耐蚀性一般都会下降。采用特殊表面活化技术将不锈钢进行低温渗碳或渗氮，可以得到既有高硬度又具有高耐蚀性的硬化层，不过上述低温硬化工艺处理的不锈钢制品，通常只能在低于六百五十摄氏度的工况下工作，当工作温度高于六百五十摄氏度时，制品表面硬化层的硬度及耐腐蚀性将急剧下降，因此一些不锈钢的使用人员和不锈钢制品的生产厂家希望在不锈钢的表面镀设一层特别的保护层，使得不锈钢不仅具备高硬度，而且在高温条件下也能很好的保持表面硬度不下降，并可以提高不锈钢零部件的抗咬合和抗粘着磨损能力。
发明内容
本发明专利提供一种针对不锈钢及其制品的不同于以往各种表面硬化方法的新的工艺方法，使不锈钢制品不仅在常温而且在九百摄氏度的高温下仍具有很高的表面硬度和抗腐蚀能力。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明一种在不锈钢表面制备铬基金属陶瓷硬化层的方法，包括包埋工序、原料进炉工序、预热保护工序、第一次加热工序、第二次加热工序和出炉冷却工序，所述包埋工序是将不锈钢制品包埋于含碳、氮及铬元素的固态粉末介质的耐热钢制容器中。
进一步，所述原料进炉工序是将经过所述包埋工序处理的装有不锈钢制品和粉末介质的容器置于保护气氛加热炉中。
进一步，所述预热保护工序是将经过所述原料进炉工序处理的装有不锈钢制品和粉末介质的容器的加热炉升温至两百摄氏度进行预抽真空，然后通入保护气氛。
进一步，所述第一次加热工序是将经过所述预热保护工序处理的加热炉升温至六百摄氏度至八百摄氏度，并保持此温度区间五小时至十小时，使固态粉末介质受热分解出活性碳、氮原子，活性碳、氮原子在此温度下经扩散渗入不锈钢制品表面形成富碳、氮层；
进一步，所述第二次加热工序是将经过所述第一次加热工序处理的加热炉进一步升温至九百摄氏度至一千摄氏度，并保持此温度区间五小时至十小时，在此温度下固态介质分解出活性铬原子，活性铬原子与不锈钢制品表面富碳富氮层中的碳、氮原子反应形成碳化铬或氮化铬金属陶瓷。
进一步，所述出炉冷却工序是将经过所述第二次加热工序处理后的包埋有不锈钢和含碳、氮及铬元素的固态粉末介质的耐热钢制容器移出加热炉并自然冷却至自然温度。
本发明所达到的有益效果是：本发明解决了目前普通的不锈钢表面易于划伤以及经过渗碳或渗氮硬化后的不锈钢耐蚀性下降的问题，采用上述工序在不锈钢表面制得碳化铬或氮化铬金属陶瓷层，系通过热化学扩散反应生成，这种渗层与基体冶金结合，具有很高的抗剥落性能和抗疲劳强度，由于铬基金属陶瓷自身具有抗高温腐蚀和高红硬性特点，因此本发明制备的金属陶瓷层可显著提高不锈钢零部件在高温工况下的抗磨损和抗腐蚀能力，此外，本发明工艺能显著降低制品表面的摩擦系数，有利于提高不锈钢零部件的抗咬合和抗粘着磨损能力，同时，本发明的方法适合于小型精密不锈钢零部件的工业化生产，目前已在汽车涡轮增压器零部件上得到实际应用。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的工序流程示意图；
图2是本发明的工序过程中不锈钢表面的物质生成示意图；
图中，1、包埋工序；2、原料进炉工序；3、预热保护工序；4、第一次加热工序；5、第二次加热工序；6、出炉冷却工序。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-2所示，本发明提供一种在不锈钢表面制备铬基金属陶瓷硬化层的方法，包括包埋工序1、原料进炉工序2、预热保护工序3、第一次加热工序4、第二次加热工序5和出炉冷却工序6，其特征在于，包埋工序1是将不锈钢制品包埋于含碳、氮及铬元素的固态粉末介质的耐热钢制容器中。
进一步，原料进炉工序2是将经过包埋工序1处理的装有不锈钢制品和粉末介质的容器置于保护气氛加热炉中。
进一步，预热保护工序3是将经过原料进炉工序2处理的装有不锈钢制品和粉末介质的容器的加热炉升温至两百摄氏度进行预抽真空，然后通入保护气氛，保护气氛可以避免氧气对不锈钢以及钢制容器的氧化，延长设备的使用寿命并提高在不锈钢表面制备铬基金属陶瓷硬化层的质量。
进一步，第一次加热工序4是将经过预热保护工序3处理的加热炉升温至六百摄氏度至八百摄氏度，并保持此温度区间五小时至十小时，使固态粉末介质受热分解出活性碳、氮原子，活性碳、氮原子在此温度下经扩散渗入不锈钢制品表面形成富碳、氮层，此时不锈钢表面同活性碳、氮原子形成初步的物理性融合。
进一步，第二次加热工序5是将经过第一次加热工序4处理的加热炉进一步升温至九百摄氏度至一千摄氏度，并保持此温度区间五小时至十小时，在此温度下固态介质分解出活性铬原子，活性铬原子与不锈钢制品表面富碳富氮层中的碳、氮原子反应形成碳化铬或氮化铬金属陶瓷，此时碳化铬或氮化铬金属陶瓷附着在不锈钢表面，形成一层铬基金属陶瓷硬化层对不锈钢进行保护，实现了本发明在不锈钢表面制备铬基金属陶瓷硬化层的目的。
进一步，出炉冷却工序6是将经过第二次加热工序5处理后的包埋有不锈钢和含碳、氮及铬元素的固态粉末介质的耐热钢制容器移出加热炉并自然冷却至自然温度，当表面有铬基金属陶瓷硬化层的不锈钢冷却后，就完成了本发明的全部工序，得到了表面有铬基金属陶瓷硬化层的不锈钢成品。
本发明解决了目前普通的不锈钢表面易于划伤以及经过渗碳或渗氮硬化后的不锈钢耐蚀性下降的问题，采用上述工序在不锈钢表面制得碳化铬或氮化铬金属陶瓷层，系通过热化学扩散反应生成，这种渗层与基体冶金结合，具有很高的抗剥落性能和抗疲劳强度，由于铬基金属陶瓷自身具有抗高温腐蚀和高红硬性特点，因此本发明制备的金属陶瓷层可显著提高不锈钢零部件在高温工况下的抗磨损和抗腐蚀能力，此外，本发明工艺能显著降低制品表面的摩擦系数，有利于提高不锈钢零部件的抗咬合和抗粘着磨损能力，因此具有很好的实用价值。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种在不锈钢表面制备铬基金属陶瓷硬化层的方法，包括包埋工序（1）、原料进炉工序（2）、预热保护工序（3）、第一次加热工序（4）、第二次加热工序（5）和出炉冷却工序（6），其特征在于，所述包埋工序（1）是将不锈钢制品包埋于含碳、氮及铬元素的固态粉末介质的耐热钢制容器中。
2.根据权利要求1所述的一种在不锈钢表面制备铬基金属陶瓷硬化层的方法，其特征在于，所述原料进炉工序（2）是将经过所述包埋工序（1）处理的装有不锈钢制品和粉末介质的容器置于保护气氛加热炉中。
3.根据权利要求1所述的一种在不锈钢表面制备铬基金属陶瓷硬化层的方法，其特征在于，所述预热保护工序（3）是将经过所述原料进炉工序（2）处理的装有不锈钢制品和粉末介质的容器的加热炉升温至两百摄氏度进行预抽真空，然后通入保护气氛。
4.根据权利要求1所述的一种在不锈钢表面制备铬基金属陶瓷硬化层的方法，其特征在于，所述第一次加热工序（4）是将经过所述预热保护工序（3）处理的加热炉升温至六百摄氏度至八百摄氏度，并保持此温度区间五小时至十小时。
5.根据权利要求1所述的一种在不锈钢表面制备铬基金属陶瓷硬化层的方法，其特征在于，所述第二次加热工序（5）是将经过所述第一次加热工序（4）处理的加热炉进一步升温至九百摄氏度至一千摄氏度，并保持此温度区间五小时至十小时。
6.根据权利要求1所述的一种在不锈钢表面制备铬基金属陶瓷硬化层的方法，其特征在于，所述出炉冷却工序（6）是将经过所述第二次加热工序（5）处理后的包埋有不锈钢和含碳、氮及铬元素的固态粉末介质的耐热钢制容器移出加热炉并自然冷却至自然温度。
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