CN107287572A - 一种m50轴承钢的离子束及深冷复合强化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种M50轴承钢的离子束及深冷复合强化方法。所述深冷复合强化方法包括如下步骤：(1)采用低能大束流气体离子对轴承钢进行真空热处理；(2)采用液氮对经步骤(1)处理后的所述轴承钢进行深冷强化处理；(3)采用气体离子束对经步骤(2)处理后的所述轴承钢进行清洗；(4)采用离子注入方法，向经步骤(3)处理后的所述轴承钢的表面交替注入气体离子和金属离子，至此即实现对所述轴承钢的强化。本发明采用热、冷处理结合离子注入强化技术大幅度提高了M50轴承钢材料的离子注入层深度和次深表层强化深度，提升其摩擦磨损、抗疲劳性能，形成强韧一体化材料改性层。

Description

一种M50轴承钢的离子束及深冷复合强化方法
技术领域
本发明涉及一种M50轴承钢的离子束及深冷处理复合强化方法，属于金属材料的深冷处理和离子束表面强化交叉领域。
背景技术
高端轴承的特征之一是轴承具有较高的精度和较长的使用寿命，较高的耐磨和抗疲劳等性能，表面改性是提高轴承性能比较快捷和有效的方法。以航空发动机主轴承为例，主轴承是航空发动机的关键部件之一，在高速、高温、受力复杂的条件下运转，主轴承质量和性能直接影响到发动机性能、寿命和可靠性，而航空发动机的关键指标之一就是高可靠性。要想保证可靠性，前提之一就是要保证发动机内的轴承具备长寿命—主轴承的寿命，军机航空发动机要求在3000小时以上，民机航空发动机要求更高，要达到数万小时。而航空发动机中轴承要以每分钟上万转的速度长时间高速运转，还要承受高温以及各种形式的应力，高性能轴承钢材料和表面改性技术是航空发动机主轴承长寿命的重要保障。
M50轴承钢是目前航空发动机轴承大量使用的轴承材料，普通热处理后M50轴承钢的力学性能有所提高，但其表面耐磨损、抗疲劳、硬度、强韧性等仍无法满足目前航空用轴承要求。离子注入强化技术已经成功应用于航空航天、船舶及汽车等行业轴承钢材料，离子注入强化技术绿色无污染，且能显著提高轴承钢材料的耐磨损和抗疲劳性能，但是存在强韧性能不足，改性层比较浅，强化效果仅仅局限于表层的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种离子束及深冷处理复合强化M50轴承钢的方法，克服了现有离子注入强化材料技术的强化效果仅仅局限于材料表层、且无法满足M50轴承钢的强韧性特征，以及单一深冷强化处理无法满足M50轴承钢较高耐磨损和抗疲劳性能的缺点；本发明方法能够大幅度提高M50轴承钢材料的离子注入层深度和次深表层强化深度，提升其强韧性、硬度、耐磨损、抗疲劳性能，形成强韧一体化材料改性层，克服两种技术单一使用的缺点，而具有协同强化效果。
本发明所提供的轴承钢强化方法，包括如下步骤：
(1)采用低能大束流气体离子对轴承钢进行真空热处理；
(2)采用液氮对经步骤(1)处理后的所述轴承钢进行深冷强化处理；
(3)采用气体离子束对经步骤(2)处理后的所述轴承钢进行清洗；
(4)采用离子注入方法，向经步骤(3)处理后的所述轴承钢的表面交替注入气体离子和金属离子，至此即实现对所述轴承钢的强化。
上述强化方法中，所述轴承钢为M50轴承钢。
上述强化方法中，步骤(1)、步骤(3)和步骤(4)均在真空度为1.8×10-4Pa～3.0×10-2Pa的条件下进行，如在3×10-4Pa的条件下进行；
均可在一体化离子注入复合设备中进行。
上述的强化方法中，步骤(1)中，所述真空热处理的条件如下：
所述低能大束流气体离子采用的离子源为氩气或氮气；
轰击电压可为0.1～1kV，具体可为0.1kV；
轰击束流可为50～100mA，具体可为100mA；
时间可为1～3小时，具体可为3小时；
所述真空热处理可以显著提高M50轴承钢的表面强度。
上述强化方法中，步骤(1)中，所述真空热处理的同时，向所述轴承钢施加正偏压或负偏压。
上述强化方法中，步骤(2)中，所述液氮的温度为-196℃；
若所述深冷强化处理的时间过长，则容易对(M50)轴承钢形成损伤，而若所述深冷强化处理的时间过过短，则会导致M50轴承钢材料组织结构改善不明显，因此，采用10～20小时冷却时间可以大幅度的提高M50轴承钢的硬度和强韧性。
所述深冷强化处理之前，还包括对所述轴承钢进行保温的步骤，可在保温装置中进行；
所述保温的温度可为60～80℃，时间可为60～100min；
所述保温的步骤可使(M50)轴承钢的微观结构处在一个活跃的状态，然后材料在超低温环境下(扣除系统的散热，约-180℃以下，保存一定时间后可以达到-196℃)，发生收缩变形，在材料内部产生大量的位错，通过细晶强化、改变残余奥氏体数量、结构、形状及分布及析出沉淀物来改善金属材料的强韧性特征。
上述强化方法中，步骤(3)中，所述气体离子束采用纯度为99.99％的氩气源；
所述清洗步骤用于去除所述轴承钢表面的吸附层，从而有效避免对后续注入元素的污染；
若所述气体离子的引出电压过低，会使得离子能量不足以去除吸附在(M50)轴承钢表面的吸附层，而过高则会导致吸附在(M50)轴承钢表面的吸附层被轰击进入到M50轴承钢材料内部形成污染元素，并且鉴于吸附层厚度约为1～10埃，因此确定在引出电压为1～2kV的条件下清洗10～20分钟的清洗效果最佳。
上述的强化方法中，步骤(4)中，所述气体离子为氮离子，采用纯度为99.99％的氮气源；
注入所述气体离子的条件如下：
注入能量为70KeV～100KeV，具体可为80KeV；
注入剂量为1.0×1017ions/cm2～3.0×1017ions/cm2，具体可为1.0×1017ions/cm2；
所述金属离子为锆离子、钛离子、钽离子、铬离子或钼离子，采用纯度为99.98％的金属靶材；
注入所述金属离子的条件如下：
注入能量为40KeV～50KeV，具体可为45KeV；
注入剂量为1.2×1017ions/cm2～4.5×1017ions/cm2，具体可为1.5×1017ions/cm2；
所述离子注入过程中的注入能量过高容易对M50轴承钢表面形成辐照损伤，而注入能量过低导致元素无法注入到M50轴承钢材料内部，经实验，在上述注入能量(70KeV～100KeV和40KeV～50KeV)的条件下可以大幅度提高M50轴承钢的接触疲劳性能。
步骤(4)中，通过注入元素离子可以在注入深度范围内导致晶粒细化，形成置换、填隙等固溶体，并且导致晶格畸变，使注入层表面和次表面产生压应力，这些效应可以大幅增加轴承材料的抗磨损和抗接触疲劳性能，而同时注入元素离子的高能冲击效应，使轴承钢材料中在步骤(3)形成的高密度位错发生高速运动，而高密度位错快速运动时，又可诱发高密度纳米孪晶，从而可以显著增加(M50)轴承钢材料的耐磨损和抗疲劳性能。
步骤(4)中，所述交替注入的次数不受限制，经本发明的一个实施例表明，交替注入4次的条件下，可以明显提高M50轴承钢的摩擦磨损和接触疲劳性能，继而强化了整个M50轴承钢。
上述的强化方法中，步骤(1)之前，所述方法还包括对所述轴承钢依次进行如下处理的步骤：
去油脂步骤、去锈点步骤、去杂质步骤、去有机物残留步骤和超声清洗。
本发明强化方法能够大幅度提高M50轴承钢材料的离子注入层深度和次深表层强化深度，提升其强韧性、硬度、耐磨损、抗疲劳性能，形成强韧一体化材料改性层，并且采用该方法可以显著降低强化处理污染和高耗能。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明采用离子束及冷处理复合强化M50轴承钢的方法，克服了现有离子注入强化材料技术的强化效果仅仅局限于材料表层、无法满足M50轴承钢的强韧性特征、及单一深冷强化处理无法满足M50轴承钢高耐磨损和抗疲劳性能的缺陷，采用深冷处理结合离子注入强化技术大幅度提高M50轴承钢材料的离子注入层深度和次深表层强化深度，提升其摩擦磨损、抗疲劳性能，形成强韧一体化材料改性层，既有效解决了M50轴承钢材料强韧性问题，也能显著提高轴承钢耐磨损和抗疲劳性能，继而强化了整个M50轴承钢。如图3所示，对M50轴承钢和强化后的M50轴承钢进行显微硬度测试的结果表明，进行表面复合强化后的M50轴承钢比未进行强化M50轴承钢的硬度提高30％以上；如图4所示，对M50轴承钢与强化后的M50轴承钢进行往复式摩擦磨损试验后的结果表明，进行表面复合强化后的M50轴承钢比未进行强化M50轴承钢的抗摩擦磨损性能提高了近4倍。
附图说明
图1是本发明一种复合强化处理M50轴承钢的方法流程示意图。
图2是本发明另一种复合强化处理M50轴承钢的方法流程示意图。
图3为未强化和复合强化后的M50轴承钢材料的显微硬度对比图。
图4为未强化和复合强化后的M50轴承钢材料的摩擦磨损试验结果对比图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
为了得到具有较高的强韧性、耐磨和抗疲劳等综合性能的强化M50轴承钢，本发明提供了一种离子束及深冷复合强化M50轴承钢的方法，包括如下步骤：
(1)采用低能大束流离子对M50轴承钢进行(离子轰击热处理)真空热处理；(2)采用低温液氮对步骤(1)得到的M50轴承钢进行深冷强化处理；(3)采用低能气体离子束对步骤(2)得到的M50轴承钢进行清洗；(4)采用中能离子束在步骤(3)得到M50轴承钢表面交替注入金属离子和气体离子；至此得到强化M50轴承钢。
经实验发现，先采用低能大束流离子源对M50轴承钢进行真空热处理，结合深冷处理工艺，能够提升M50轴承钢硬度和强韧性，再采用离子注入强化技术对M50轴承钢进行复合强化，最终能够得到较高强韧性、硬度、耐磨和抗疲劳等综合性能的强化M50轴承钢。真空热处理可提高M50轴承钢硬度，深冷处理时轴承钢处于超低温环境，因M50钢在超低温下会发生剧烈的收缩塑性变形，在内部产生大量位错，随着深冷时间的增加，金属材料中形成的位错密度不断增加、残余奥氏体的数量不断减小，马氏体不断增加，金属材料内部组织也不断的细化，当深冷时间达到一定时间，深冷效果就趋于饱和，所提高的强韧性、硬度等各项力学、机械性能也达到最佳值，此时再利用离子注入强化技术的级联碰撞效应，使轴承钢材料中高密度位错发生高速运动，而高密度位错快速运动时，又可诱发高密度纳米孪晶，既有效解决了金属材料强韧性问题，也能显著提高轴承钢耐磨损和抗疲劳性能，继而强化了整个M50轴承钢。
下面参考图1对本发明处理M50轴承钢的方法进行详细描述。
具体包括如下步骤：
W100：采用低能大束流离子对M50轴承钢进行真空热处理
该步骤中，采用低能大束流离子对M50轴承钢进行真空热处理，由此通过采用低能大束流离子对M50轴承钢进行真空扩渗热处理，可以显著提高M50轴承钢的表面强度。具体的，可以采用氩或者氮气体低能大束流离子对M50轴承钢进行轰击，其中，轰击电压可以为0.1kV，轰击束流可以为100mA。
具体的，采用大束流离子对M50轴承钢进行轰击处理的同时，在M50轴承钢上加正偏压或负偏压，并且轰击处理时间为1～3小时。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对正偏压和负偏压的具体条件进行选择。
W200：采用低温液氮对步骤W100得到的M50轴承钢进行深冷强化处理
该步骤中，采用液氮冷却装置，先对步骤W100得到的M50轴承钢采用温水保温，再采用液氮对其进行深冷处理，保温使M50轴承钢微观结构处在一个活跃的状态，然后材料在超低温环境下(约-180℃以下)，发生收缩变形，在材料内部产生大量的位错，通过细晶强化、改变残余奥氏体数量、结构、形状及分布和析出沉淀物来改善金属材料的强韧性特征。具体的，可以对步骤W100得到的M50轴承采用温度为-196℃的液氮对其冷却10～20小时，经实验发现，若冷却时间过长容易对M50轴承钢形成损伤，而冷却时间过短导致M50轴承钢材料微观结构变化不明显，由此确定，采用10～20小时冷却时间可以大幅度的提高M50轴承钢的硬度和强韧性。
本发明的一个具体实施例，采用液氮对M50轴承钢冷却处理时间可以为16小时。
W300：采用低能气体离子束对步骤W200得到的M50轴承钢进行清洗
该步骤中，采用低能气体离子束对步骤W200得到的M50轴承钢进行清洗。由此，可以去除M50轴承钢表面的物理吸附层，从而有效避免对后续注入元素的污染。
根据本发明的一个实施例，清洗处理的具体操作条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，清洗处理的操作条件可以采用：低能气体离子束采用纯度为99.99％的氩气源，离子束的引出电压为1～2kV，离子束清洗时间为10～20分钟。经实验发现，电压过低使得离子能量不足以去除吸附在M50轴承钢表面的吸附层，而电压过高会导致吸附在M50轴承钢表面的吸附层被轰击进入到M50轴承钢材料内部形成污染元素，并且鉴于吸附层为1～10埃，根据经验在1～2kV的引出电压下清洗10～20分钟可以清洗干净。
W400：采用中能离子束在步骤W300得到M50轴承钢表面交替注入金属离子和气体离子
该步骤中，采用中能离子束在步骤W300得到的M50轴承钢表面交替注入金属离子和气体离子，其中，先注入气体离子，再注入金属离子，气体离子可以为氮离子，金属离子可以为锆离子、钛离子、钽离子、铬离子或钼离子。由此，通过注入元素离子可以在注入深度范围内导致晶粒细化，形成置换、填隙等固溶体，并且导致晶格畸变，使注入层表面和次表面产生压应力，这些效应可以大幅增加轴承材料的抗磨损和抗接触疲劳性能，而同时注入元素离子的高能冲击效应，使轴承钢材料中在W300步骤形成的高密度位错发生高速运动，而高密度位错快速运动时，又可诱发高密度纳米孪晶，从而可以显著增加M50轴承钢材料的耐磨损和抗疲劳性能。
具体的，注入气体离子过程可以采用纯度为99.99％的氮气源，注入能量为70KeV～100KeV，注入剂量为1.0×1017ions/cm2～4.0×1017ions/cm2，注入金属离子可以采用纯度为99.98％的金属靶材，注入能量为40KeV～50KeV，注入剂量为1.2×1017ions/cm2～4.5×1017ions/cm2。
根据本发明的一个实施例，该过程中，中能离子束的注入能量并不受特别限制，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，该过程中，气体离子中能离子束的注入能量可以为80KeV，金属离子中能离子束的注入能量可以为45KeV。发明人发现，若注入能量过高容易对M50轴承钢表面形成辐照损伤，而注入能量过低导致元素无法注入到M50轴承钢材料内部。因此，采用该注入能量可以大幅度的提高M50轴承钢的接触疲劳性能。
根据本发明的再一个实施例，交替注入气体离子和金属离子次数不受限制，发明人发现，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的再一个具体实施例，交替注入4次。发明人发现，该交替注入次数可以明显提高M50轴承钢的摩擦磨损和接触疲劳性能；继而强化了整个M50轴承钢。
参考图2，根据本发明实施例的复合强化处理M50轴承钢的方法进一步包括：
W500：在低能大束流离子对M50轴承钢进行真空热处理之前，预先对所述M50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，首先采用金属除脂溶剂去除M50轴承钢材料上油脂，使其表面不能有油污，然后将待处理的M50轴承钢材料放入无污染的四氯乙烯中浸泡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去油脂后的M50轴承钢材料15分钟，去除材料表面锈点；接着将经过上述处理过的M50轴承钢材料放入丙酮中，超声清洗10～20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，然后采用具有有机物清除功能的金属清洗剂浸泡清洗上述处理后的M50轴承钢材料10～20分钟，使金属试样表面不能有有机物残留；最后将上述处理后的M50轴承钢材料放入去离子水中，超声清洗10～20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10～20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、金属除锈溶剂和金属清洗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；金属清洗剂可以为是由非离子表面活性剂、有机碱和纯水混合组成的一种环保金属清洗剂。
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M50轴承钢材料上油脂，使其表面不能有油脂，然后将待处理的M50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M50轴承钢材料15分钟，去除材料表面锈点；然后将其放入丙酮中，超声清洗10分钟后取出使用干净绸布擦干；最后用具有有机物清除功能的金属清洗剂浸泡清洗M50轴承钢材料10分钟，使金属试样表面不能有有机物残留，然后将处理过的M50轴承钢材料放入去离子水中，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M50轴承钢材料。然后将上述前处理过的M50轴承钢材料放到真空室工装台上，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M50轴承钢材料进行低能大束流气体离子轰击热处理(氩气)同时在工件上同时加正偏压，轰击电压可以为0.1kV，轰击束流可以为0.1A，处理时间为3小时；将取出后M50轴承钢材料使用保温装置，先采用温度为60℃～80℃的温水保温1小时，再采用温度为-196℃的液氮冷却16小时。然后将上述处理过的M50轴承钢材料放到真空室工装台上，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M50轴承钢材料进行低能气体离子束清洗，采用纯度为99.99％的氩气源，离子束的引出电压为1kV，离子束清洗时间为20分钟，接着交替注入气体氮离子和金属钛离子2次，离子注入气体氮离子采用纯度为99.99％的氮气，注入能量为80KeV，注入剂量为2.0×1017ions/cm2，离子注入金属钛离子采用99.98％的金属钛靶材，注入能量为45Kev，注入剂量为3.0×1017ions/cm2，然后将强化处理后的M50轴承钢材料放入酒精中清洗30分钟，并将其真空密封封存。
实施例2、
首先用金属除脂溶剂去除M50轴承钢材料上油脂，使其表面不能有油脂，然后将待处理的M50轴承钢材料放入无污染的四氯乙烯中浸泡30分钟后取出，用镜头纸吸净残留溶剂后，用干净的丝绸进行擦拭；再用金属除锈溶剂浸泡清洗M50轴承钢材料15分钟，去除材料表面锈点；然后将其放入丙酮中，超声清洗10分钟后取出使用干净绸布)擦干；最后用具有有机物清除功能的金属清洗剂浸泡清洗M50轴承钢材料10分钟，使金属试样表面不能有有机物残留，然后将处理过的M50轴承钢材料放入去离子水中，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M50轴承钢材料，然后将上述前处理过的M50轴承钢材料放到真空室工装台上，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M50轴承钢材料进行低能大束流气体真空(离子轰击)热处理同时在工件上同时加正偏压，轰击电压可以为0.1kV，轰击束流可以为0.1A，处理时间为3小时；将取出后M50轴承钢材料使用液氮冷却保温装置，用温度为-196℃的液氮冷却16小时。然后将上述处理过的M50轴承钢材料放到真空室工装台上，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M50轴承钢材料进行低能气体离子束清洗，采用纯度为99.99％的氩气源，离子束的引出电压为2kV，离子束清洗时间为10分钟，接着交替注入气体氮离子和金属钛离子4次，离子注入气体氮离子采用纯度为99.99％的氮气，注入能量为80KeV，注入剂量为1.0×1017ions/cm2，离子注入金属锆离子采用99.98％的金属锆靶材，注入能量为45KeV，注入剂量为1.5×1017ions/cm2，然后将强化处理后的M50轴承钢材料放入酒精中清洗30分钟，并将其真空密封封存。
采用QNESS显微硬度测试仪进行硬度测试，设置参数为：单位HV，载荷10g和100g，加载时间10s，得出强化前后显微硬度对比图如图3所示，其中，基材指的未经任何强化处理的M50轴承钢；离子注入处理指的是仅进行本发明方法中的步骤(4)(交替注入气体离子和金属离子，图1和图2中的步骤W400)，其具体条件与实施例2中相同；冷处理指的是仅进行本发明方法中的步骤(2)(液氮深冷强化处理，图1和图2中的步骤W200)，其具体条件与实施例2中相同，冷+注入复合指的是经实施例2的复合强化处理。
由图3所示的M50轴承钢和强化后的M50轴承钢进行显微硬度测试的结果可以看出，进行表面复合强化后的M50轴承钢比未进行强化M50轴承钢的硬度提高30％以上，且比仅进行离子注入的M50轴承钢的硬度提高20％，比仅进行深冷处理的M50轴承钢的硬度提高16％。
对经实施例2复合强化后的M50轴承钢材料进行摩擦磨损试验，采用UMT-5摩擦磨损试验机进行往复摩擦磨损试验，对磨副为直径4mm的SiN球，设置参数为：载荷1N，行程5mm。得出强化前后摩擦磨损对比图如图4所示。
由图4所示的M50轴承钢与强化后的M50轴承钢进行往复摩擦磨损试验后的结果可以看出，进行复合强化表面性能后的M50轴承钢比未进行强化M50轴承钢的摩擦磨损试验耐磨损时间(失效时间)提高了近4倍，平均摩擦系数降低了70％，也间接证明了本发明方法能够提高M50轴承钢材料的离子注入层深度和次深表层强化深度。
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)

1.一种轴承钢的强化方法，包括如下步骤：
(1)采用低能大束流气体离子对轴承钢进行真空热处理；
(2)采用液氮对经步骤(1)处理后的所述轴承钢进行深冷强化处理；
(3)采用气体离子束对经步骤(2)处理后的所述轴承钢进行清洗；
(4)采用离子注入方法，向经步骤(3)处理后的所述轴承钢的表面交替注入气体离子和金属离子，至此即实现对所述轴承钢的强化。
2.根据权利要求1所述的强化方法，其特征在于：所述轴承钢为M50轴承钢。
3.根据权利要求1或2所述的强化方法，其特征在于：步骤(1)、步骤(3)和步骤(4)均在真空度为1.8×10-4Pa～3.0×10-2Pa的条件下进行。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的强化方法，其特征在于：步骤(1)中，所述真空热处理的条件如下：
所述低能大束流气体离子采用的离子源为氩气或氮气；
轰击电压为0.1～1kV；
轰击束流为50～100mA；
时间为1～3小时。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的强化方法，其特征在于：步骤(1)中，所述真空热处理的同时，向所述轴承钢施加正偏压或负偏压。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的强化方法，其特征在于：步骤(2)中，所述深冷强化处理的时间为10～20小时；
所述深冷强化处理之前，还包括对所述轴承钢进行保温的步骤。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的强化方法，其特征在于：步骤(3)中，所述气体离子束采用氩气源；
所述气体离子束的引出电压为1～2kV；
所述清洗的时间为10～20分钟。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的强化方法，其特征在于：步骤(4)中，所述气体离子为氮离子；
注入所述气体离子的条件如下：
注入能量为70KeV～100KeV；
注入剂量为1.0×1017ions/cm2～3.0×1017ions/cm2；
所述金属离子为锆离子、钛离子、钽离子、铬离子或钼离子；
注入所述金属离子的条件如下：
注入能量为40KeV～50KeV；
注入剂量为1.2×1017ions/cm2～4.5×1017ions/cm2。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的强化方法，其特征在于：步骤(1)之前，所述方法还包括对所述轴承钢依次进行如下处理的步骤：
去油脂步骤、去锈点步骤、去杂质步骤、去有机物残留步骤和超声清洗。
10.权利要求1-9中任一项所述强化方法得到的复合强化轴承钢。
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