CN111593296A - 一种马氏体不锈钢表面硬化剂及其制备方法和应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金属表面处理技术领域，尤其涉及的是一种马氏体不锈钢表面硬化剂及其制备方法和应用方法。其技术要点如下：按照重量份数计算，包括如下组分：硼砂熔盐20~30份、硼粉10~16份、碳量子点5~8份。本发明通过将渗金属处理与离子氮化技术相结合，对马氏体不锈钢进行复合处理，可使马氏体不锈钢表面硬度达到1500‑2000HV，同时，马氏体不锈钢的心部硬度变化不大，即在保持心部韧性的同时增加表面的耐磨性。

Description

一种马氏体不锈钢表面硬化剂及其制备方法和应用方法
技术领域
本发明涉及金属表面处理技术领域，尤其涉及的是一种马氏体不锈钢表面硬化剂及其制备方法和应用方法。
背景技术
马氏体不锈钢因具有良好的强度、塑性、韧性，冷热压力加工性能好等优势，从而在工业、民用、国防等领域中得到了广泛的应用。但是，受表面硬度低、耐磨性差等缺点的制约，马氏体不锈钢一般不能用于制作滑动摩擦零部件，其更广泛地使用受到限制。基于摩擦磨损始发生于材料表面，已有研究表明，借助表面技术可有效提高马氏体不锈钢的耐磨性。选用合适的表面处理技术对于拓展马氏体不锈钢作为摩擦材料的应用具有显著意义。
目前，采用较多的是离子氮化处理技术，它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。
但是，经过研究测试发现，经过氮化处理后的马氏体不锈钢，其表面硬度1000HV左右，难以满足高耐磨性能的要求。同时马氏体不锈钢单独进行渗金属工艺，经过测试发现表面硬度无法满足更高端的耐磨要求。
有鉴于上述现有的合金表面处理技术中存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种马氏体不锈钢表面硬化剂及其制备方法和应用方法，通过将渗金属处理与离子氮化技术相结合，对马氏体不锈钢表面进行复合处理，可使马氏体不锈钢基体表面硬度达到1500-2000HV，同时，马氏体不锈钢基体的心部硬度变化不大，即在保持心部韧性的同时增加表面的耐磨性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种马氏体不锈钢表面硬化剂，通过碳氮硼共渗，细化奥氏体的晶粒，达到“外刚内韧”的效果，使表面硬度提高到1500-2000HV，同时又能保留马氏体不锈钢基体心部的韧性，满足更高的耐磨要求。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提供的一种马氏体不锈钢表面硬化剂，按照重量份数计算，包括如下组分：硼砂熔盐 20~30份、硼粉 10~16份、碳量子点 5~8份。硼粉的加入，在高温下能够与铁生成具有顺磁性的晶体FeB、Fe3B4和FeB2，这些晶体的硬度极高，能够有效提升金属表面的硬度的同时，防止碳、氮等元素的进一步渗入，保证了金属内部的韧性；碳量子点具有高活性的特点，进入金属内部后，奥氏体转变为马氏体和残留奥氏体，碳量子点的粒径较小，能够从马氏体中分配至残留奥氏体，形成富碳残留的奥氏体，有效提高合金钢的塑韧性。
进一步的，硼砂熔盐是金属硼酸盐，其中的金属离子为钒、铌、铬、钛或锰中的任意一种或几种的混合物。当金属离子为锰的时候，能够在高温下，在金属内部形成Fe-B-Mn晶体体系，在这个体系中，硼形成“之”字链，铁和锰占据链的端点位置，在受热时，“之”字链的压缩程度小，具有更高的强度和硬度，而铁和锰之间由于Sp轨道杂化，从开始的软磁性发展为铁磁性，具有大的磁滞回性，弱化周边晶粒之间的界限，进一步提高金属表面的硬度。
进一步的，碳量子点为氮掺杂碳量子点。氮掺杂碳量子点的活性更高，且能够实现碳氮共渗，其中，氮提高了碳的渗透速率，而碳量子点也提高了氮的活性，碳氮之间形成协同作用，大幅提高了碳氮的渗透速率，由于渗透速率的提高，渗层中形成了弥散分布的渗碳体和碳氮铁化合物，碳氮铁化合物的存在弥补了渗碳体与金属晶体之间存在的裂缝缺陷，从而提高了合金钢的耐疲劳度。
进一步的，氮掺杂碳量子点中，酰氯化柠檬酸为碳源，聚乙烯亚胺为氮掺杂分子。
进一步的，马氏体不锈钢为2Cr13，9Cr18钢，4Cr13钢等马氏体不锈钢。
本发明的第二个目的是提供一种马氏体不锈钢表面硬化剂的制备方法，具有同样的效果。
本发明的上述技术效果是由以下技术方案实现的：
本发明提供的一种马氏体不锈钢表面硬化剂的制备方法，包括如下操作步骤：
S1. 制备碳量子点；
S2. 将碳量子点与硼砂熔盐混合搅拌，得到混合物A；
S3. 向混合物A中加入硼粉，得到所述马氏体不锈钢表面硬化剂。
本发明的第三个目的是提供一种马氏体不锈钢表面硬化剂的应用方法，通过高温改变马氏体不锈钢基体表面合金成分，然后通过离子氮化注入N元素，生成CrN、TiN等合金元素，可使表面硬度提高到1500-2000HV，同时又能保留马氏体不锈钢基体心部的韧性，满足更高的耐磨要求，具有同样的效果。
本发明的上述技术效果是由以下技术方案实现的：
本发明提供的一种马氏体不锈钢表面硬化剂的应用方法，包括以下步骤：
A1. 对马氏体不锈钢基体进行清洗，去除表面油污和杂质；
A2. 将马氏体不锈钢置于高温表面硬化剂中，形成10-30um的渗金属层；
A3. 对表面形成有渗金属层的马氏体不锈钢放入回火炉进行600℃-675℃的回火，之后基体进行清洗并烘干；
A4. 将烘干后的马氏体不锈钢基体装入离子氮化炉内，并启动抽真空系统对离子氮化炉抽真空，然后向真空炉内充入净化过的氨气，使氨气均匀分布在整个离子氮化炉内，调节氨气的流量，使炉内的压强保持200-400Pa；
A5. 打开供电系统的电源，炉内的氨气在高压电场的作用下发生电离形成NHj+、N+和H+等离子体，到达渗氮温度后，在该温度下保温8-10小时；
A6. 保温结束后，切断电源，开启机械泵，罗茨泵，维持低压，使马氏体不锈钢基体在真空状态下随炉冷却，待温度降到100℃以下出炉，得到表面硬化的马氏体不锈钢。
作为上述技术方案的优选，步骤A2中高温硼砂熔盐的温度为900-1100℃。
作为上述技术方案的优选，步骤A4中，抽真空到10-15Pa。
作为上述技术方案的优选，步骤A4中，电源采用脉冲电源，马氏体不锈钢通过工件台与电源的阴极连接，离子氮化炉炉壳与电源的阳极连接，并接地。
作为上述技术方案的优选，步骤A5中的渗氮温度为500-580℃。500℃以下不容易生成氮化层，渗层浅；580℃以上增加产品变形风险。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明通过将渗金属处理与离子氮化技术相结合，对马氏体不锈钢表面进行复合处理，可使马氏体不锈钢基体表面硬度达到1500-2000HV，同时，马氏体不锈钢基体的心部硬度变化不大，即在保持心部韧性的同时增加表面的耐磨性。
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是渗金属后的马氏体不锈钢表面形貌；
图2是渗金属的马氏体不锈钢实施例3的表面形貌。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的一种马氏体不锈钢表面硬化剂及其制备方法和应用方法，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1：一种马氏体不锈钢表面硬化剂，按照重量份数计算：硼砂熔盐 20~30份、硼粉 10~16份、碳量子点 5~8份。
马氏体不锈钢表面硬化剂的制备方法，包括如下操作步骤
S1 将碳量子点与硼砂熔盐混合搅拌，得到混合物A；
S2. 向混合物A中加入硼粉，得到马氏体不锈钢表面硬化剂。
本实施例的马氏体不锈钢表面硬化方法，包括以下步骤实现：
A1. 对马氏体不锈钢进行清洗，去除表面油污和杂质；
A2. 将马氏体不锈钢基体置于高温马氏体不锈钢硬化剂中，通过硼砂熔盐中的金属离子和马氏体不锈钢基体中的碳、氮原子产生化学反应，扩散在马氏体不锈钢基体表面而形成10-30um的渗金属层；
A3. 对表面形成有渗金属层的马氏体不锈钢放入回火炉进行600℃的回火，基体进行清洗并烘干；
A4. 将烘干后的马氏体不锈钢基体装入离子氮化炉内，并启动抽真空系统对离子氮化炉抽真空，然后向真空炉内充入净化过的氨气，使氨气均匀分布在整个离子氮化炉内，调节氨气的流量，使炉内的压强保持200Pa；
A5. 打开供电系统的电源，炉内的氨气在高压电场的作用下发生电离形成NHj+、N+和H+等离子体，到达渗氮温度后，在该温度下保温8小时；
A6. 保温结束后，切断电源，开启机械泵，罗茨泵，使马氏体不锈钢在真空状态下随炉冷却，待温度降到100 ℃以下出炉，得到表面硬化的马氏体不锈钢。
其中，马氏体不锈钢为2Cr13，步骤A2中，硼砂熔盐中的金属离子为钒、钛金属离子中的任意一种或多种的混合物；步骤A2中高温硼砂熔盐的温度为1000℃；步骤A4中，抽真空到10Pa；步骤A4中，电源采用脉冲电源，马氏体不锈钢通过工件台与电源的阴极连接，离子氮化炉炉壳与电源的阳极连接，并接地；步骤A5中的渗氮温度为500℃。
将实施例1处理后的马氏体不锈钢基体进行硬度测试，表面硬度为1860HV，心部硬度280HV。
实施例2：一种马氏体不锈钢表面硬化剂，按照重量份数计算：硼砂熔盐 20份、硼粉 10份、氮掺杂碳量子点 5份。
马氏体不锈钢表面硬化剂的制备方法，包括如下操作步骤
S1. 制备碳量子点：以酰氯化柠檬酸为碳源，聚乙烯亚胺为氮掺杂分子进行分子固化；
S2. 将碳量子点与硼砂熔盐混合搅拌，得到混合物A；
S3. 向混合物A中加入硼粉，得到马氏体不锈钢表面硬化剂。
本实施例的马氏体不锈钢表面硬化方法，包括以下步骤实现：
A1. 对马氏体不锈钢基体进行清洗，去除表面油污和杂质；
A2. 将马氏体不锈钢基体置于高温马氏体不锈钢表面硬化剂中，通过马氏体不锈钢基体表面而形成10-30um的渗金属层；
A3. 对表面形成有渗金属层的马氏体不锈钢基体放入回火炉进行640℃的回火，进行清洗并烘干；
A4. 将烘干后的马氏体不锈钢基体装入离子氮化炉内，并启动抽真空系统对离子氮化炉抽真空，然后向真空炉内充入净化过的氨气，使氨气均匀分布在整个离子氮化炉内，调节氨气的流量，使炉内的压强保持400Pa；
A5. 打开供电系统的电源，炉内的氨气在高压电场的作用下发生电离形成NHj+、N+和H+等离子体，到达渗氮温度后，在该温度下保温10小时；
A6. 保温结束后，切断电源，开启机械泵，罗茨泵，使马氏体不锈钢在真空状态下随炉冷却，待温度降到100 ℃以下出炉，得到表面硬化的马氏体不锈钢。
其中，马氏体不锈钢基体为4Cr13；步骤A2中，硼砂熔盐中的金属离子为锰金属离子；步骤A2中高温硼砂熔盐的温度为1100℃；步骤A4中，抽真空到15Pa；步骤A4中，电源采用脉冲电源，马氏体不锈钢基体通过工件台与电源的阴极连接，离子氮化炉炉壳与电源的阳极连接，并接地；步骤A5中的渗氮温度为580℃。
将实施例2处理后的马氏体不锈钢基体进行硬度测试，表面硬度为1920HV，心部硬度282HV。
实施例3：一种马氏体不锈钢表面硬化剂，按照重量份数计算：硼砂熔盐 30份、硼粉 10份、碳量子点 8份。
马氏体不锈钢表面硬化剂的制备方法，包括如下操作步骤
S1. 制备碳量子点：以酰氯化柠檬酸为碳源，聚乙烯亚胺为氮掺杂分子进行分子固化；
S2. 将碳量子点与硼砂熔盐混合搅拌，得到混合物A；
S3. 向混合物A中加入硼粉，得到马氏体不锈钢表面硬化剂。
本实施例的马氏体不锈钢表面硬化方法，包括以下步骤实现：
A1. 对马氏体不锈钢基体进行清洗，去除表面油污和杂质；
A2. 将马氏体不锈钢基体置于高温马氏体不锈钢表面硬化剂中，通过硼砂熔盐中的金属离子和马氏体不锈钢基体中的碳、氮原子产生化学反应，扩散在马氏体不锈钢基体表面而形成10-30um的渗金属层；
A3. 对表面形成有渗金属层的马氏体不锈钢放入回火炉进行670℃的回火，基体进行清洗并烘干；
A4. 将烘干后的马氏体不锈钢基体装入离子氮化炉内，并启动抽真空系统对离子氮化炉抽真空，然后向真空炉内充入净化过的氨气，使氨气均匀分布在整个离子氮化炉内，调节氨气的流量，使炉内的压强保持340Pa；
A5. 打开供电系统的电源，炉内的氨气在高压电场的作用下发生电离形成NHj+、N+和H+等离子体，到达渗氮温度后，在该温度下保温9小时；
A6. 保温结束后，切断电源，开启机械泵，罗茨泵，使马氏体不锈钢在真空状态下随炉冷却，待温度降到100 ℃以下出炉，得到表面硬化的马氏体不锈钢。
其中，马氏体不锈钢基体为9Cr18；步骤A2中，硼砂熔盐中的金属离子为铬、钛金属离子，步骤A2中高温硼砂熔盐的温度为1050℃；步骤A4中，抽真空到13Pa；步骤A4中，电源采用脉冲电源，马氏体不锈钢基体通过工件台与电源的阴极连接，离子氮化炉炉壳与电源的阳极连接，并接地；步骤A5中的渗氮温度为550℃。
将实施例3处理后的马氏体不锈钢基体进行硬度测试，表面硬度为1980HV，心部硬度285HV。
实施例4：一种马氏体不锈钢表面硬化剂，按照重量份数计算：硼砂熔盐 20份、硼粉 10份、氮掺杂碳量子点 5份。
马氏体不锈钢表面硬化剂的制备方法，包括如下操作步骤
S1. 制备碳量子点：以酰氯化柠檬酸为碳源，聚乙烯亚胺为氮掺杂分子进行分子固化；
S2. 将碳量子点与硼砂熔盐混合搅拌，得到混合物A；
S3. 向混合物A中加入硼粉，得到马氏体不锈钢表面硬化剂。
本实施例的马氏体不锈钢基体硬化方法，包括以下步骤实现：
A1. 对马氏体不锈钢基体进行清洗，去除表面油污和杂质；
A2. 将马氏体不锈钢基体置于高温马氏体不锈钢表面硬化剂中，通过硼砂熔盐中的金属离子和马氏体不锈钢基体中的碳、氮原子产生化学反应，扩散在马氏体不锈钢基体表面而形成10-30um的渗金属层；
A3. 对表面形成有渗金属层的马氏体不锈钢放入回火炉进行600℃的回火，基体进行清洗并烘干；
A4. 将烘干后的马氏体不锈钢基体装入离子氮化炉内，并启动抽真空系统对离子氮化炉抽真空，然后向真空炉内充入净化过的氨气，使氨气均匀分布在整个离子氮化炉内，调节氨气的流量，使炉内的压强保持330Pa；
A5. 打开供电系统的电源，炉内的氨气在高压电场的作用下发生电离形成NHj+、N+和H+等离子体，到达渗氮温度后，在该温度下保温8.5小时；
A6. 保温结束后，切断电源，开启机械泵，罗茨泵，使马氏体不锈钢在真空状态下随炉冷却，待温度降到100 ℃以下出炉，得到表面硬化的马氏体不锈钢。
其中，马氏体不锈钢基体为2Cr13；步骤A2中，硼砂熔盐中的金属离子为钒、铌、铬、钛等金属离子；步骤A2中高温硼砂熔盐的温度为1025℃；步骤A4中，抽真空到12Pa；步骤A4中，电源采用脉冲电源，马氏体不锈钢基体通过工件台与电源的阴极连接，离子氮化炉炉壳与电源的阳极连接，并接地步骤A5中的渗氮温度为520℃。
将实施例4处理后的马氏体不锈钢基体进行硬度测试，表面硬度为1830HV，心部硬度284HV。
实施例5：一种马氏体不锈钢表面硬化剂，按照重量份数计算：硼砂熔盐 20份、硼粉 10份、氮掺杂碳量子点 5份。
马氏体不锈钢表面硬化剂的制备方法，包括如下操作步骤
S1. 制备碳量子点：以酰氯化柠檬酸为碳源，聚乙烯亚胺为氮掺杂分子进行分子固化；
S2. 将碳量子点与硼砂熔盐混合搅拌，得到混合物A；
S3. 向混合物A中加入硼粉，得到马氏体不锈钢表面硬化剂。
本实施例的马氏体不锈钢表面硬化方法，包括以下步骤实现：
A1. 对马氏体不锈钢基体进行清洗，去除表面油污和杂质；
A2. 将马氏体不锈钢基体置于高温马氏体不锈钢表面硬化剂中，通过硼砂熔盐中的金属离子和马氏体不锈钢基体中的碳、氮原子产生化学反应，扩散在马氏体不锈钢基体表面而形成10-30um的渗金属层；
A3. 对表面形成有渗金属层的马氏体不锈钢放入回火炉进行670℃的回火，基体进行清洗并烘干；
A4. 将烘干后的马氏体不锈钢基体装入离子氮化炉内，并启动抽真空系统对离子氮化炉抽真空，然后向真空炉内充入净化过的氨气，使氨气均匀分布在整个离子氮化炉内，调节氨气的流量，使炉内的压强保持380Pa；
A5. 打开供电系统的电源，炉内的氨气在高压电场的作用下发生电离形成NHj+、N+和H+等离子体，到达渗氮温度后，在该温度下保温9.5小时；
A6. 保温结束后，切断电源，开启机械泵，罗茨泵，使马氏体不锈钢在真空状态下随炉冷却，待温度降到100 ℃以下出炉，得到硬化的马氏体不锈钢。
其中，马氏体不锈钢为9Cr18；步骤A2中，硼砂熔盐中的金属离子为钒钛金属离子；步骤A2中高温硼砂熔盐的温度为1075℃；步骤A4中，抽真空到14Pa；步骤A4中，电源采用脉冲电源，马氏体不锈钢基体通过工件台与电源的阴极连接，离子氮化炉炉壳与电源的阳极连接，并接地；步骤A5中的渗氮温度为560℃。
将实施例5处理后的马氏体不锈钢基体进行硬度测试，表面硬度为1890HV，心部硬度283HV。
图1是渗金属后的马氏体不锈钢表面形貌，图2是渗金属的马氏体不锈钢经过离子氮化后的表面形貌。比较图1和图2可以发现，渗金属的马氏体不锈钢表面只有一层白亮的金相组织，而经过氮化处理后，白亮的组织转换成白亮组织+黑色的超硬氮化组织。
综上可知，本发明通过改变马氏体不锈钢表面基体成分，使离子氮化后的基体表面富含CrN、TiN等合金，在不改变马氏体不锈钢基体韧性的同时，增加了马氏体不锈钢基体的表面耐磨性能；
具体的，本发明将渗金属处理工艺与离子氮化技术相结合，对马氏体不锈钢基体进行复合处理，充分发挥了表面织构化和离子氮化的优势，提高了马氏体不锈钢基体的摩擦学性能，增加马氏体不锈钢基体的耐磨性能，降低了摩擦系数，减少了磨损失重。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种马氏体不锈钢表面硬化剂，其特征在于，按照重量份数计算包括如下组分：
硼砂熔盐 20~30份、硼粉 10~16份、碳量子点 5~8份。
2.根据权利要求1所述的一种马氏体不锈钢表面硬化剂，其特征在于，所述硼砂熔盐是金属硼酸盐，其中的金属离子为钒、铌、铬、钛或锰中的任意一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的一种马氏体不锈钢表面硬化剂，其特征在于，所述碳量子点为氮掺杂碳量子点。
4. 根据权利要求3所述的一种马氏体不锈钢表面硬化剂，其特征在于，所述氮掺杂碳量子点中，酰氯化柠檬酸为碳源，聚乙烯亚胺为氮掺杂分子。
5.一种马氏体不锈钢表面硬化剂的制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤
S1. 制备碳量子点；
S2. 将碳量子点与硼砂熔盐混合搅拌，得到混合物A；
S3. 向混合物A中加入硼粉，得到所述马氏体不锈钢表面硬化剂。
6.一种马氏体不锈钢表面硬化剂的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1. 对马氏体不锈钢基体进行清洗，去除表面油污和杂质；
A2. 将马氏体不锈钢置于高温马氏体不锈钢表面硬化剂中，形成10-30um的渗金属层；
A3. 对表面形成有渗金属层的马氏体不锈钢基体,放入回火炉进行600℃-675℃的回火，之后进行清洗并烘干；
A4. 将烘干后的马氏体不锈钢基体装入离子氮化炉内，并启动抽真空系统对离子氮化炉抽真空，然后向真空炉内充入净化过的氨气，使氨气均匀分布在整个离子氮化炉内，调节氨气的流量，使炉内的压强保持200-400Pa；
A5. 打开供电系统的电源，炉内的氨气在高压电场的作用下发生电离形成NHj+、N+和H+等离子体，到达渗氮温度后，在该温度下保温8-10小时；
A6. 保温结束后，切断电源，开启机械泵，罗茨泵，维持低压，使马氏体不锈钢基体在真空状态下随炉冷却，待温度降到100℃以下出炉，得到表面硬化的马氏体不锈钢。
7.根据权利要求6所述的一种马氏体不锈钢表面硬化剂的应用方法，其特征在于，所述步骤A2中高温马氏体不锈钢表面硬化剂的温度为1000-1100℃。
8.根据权利要求6或7所述的一种新型导电聚合物复合材料，其特征在于，所述步骤A4中，抽真空到10-15Pa。
9.根据权利要求8所述的一种马氏体不锈钢表面硬化剂的应用方法，其特征在于，所述步骤A4中，电源采用脉冲电源，马氏体不锈钢通过工件台与电源的阴极连接，离子氮化炉炉壳与电源的阳极连接，并接地。
10.根据权利要求9所述的一种马氏体不锈钢表面硬化剂的应用方法，其特征在于，所述步骤A5中的渗氮温度为500-580℃。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113913834A (zh) * 2021-10-25 2022-01-11 杭州汉派模具科技有限公司 一种环模复合硬化工艺
CN114717544A (zh) * 2022-05-16 2022-07-08 陈兴锋 一种用于金属防腐的耐久性超疏水涂层及制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106086668A (zh) * 2016-06-09 2016-11-09 广东世创金属科技股份有限公司 一种高性能高速冲压冷作模具钢及其制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106086668A (zh) * 2016-06-09 2016-11-09 广东世创金属科技股份有限公司 一种高性能高速冲压冷作模具钢及其制备方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
安正昆: "《钢铁热处理》", 30 June 1985, 机械工业出版社 *
安运铮: "《热处理工艺学》", 30 June 1988, 机械工业出版社 *
江玉亮: "氮掺杂碳量子点的制备及光电性能研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 *
熊剑: "《国外热处理新技术》", 31 July 1990, 冶金工业出版社 *
郭洁 等: "1Cr11MoNiW1VNbN不锈钢硼砂盐浴渗铬性能研究", 《东方汽轮机》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113913834A (zh) * 2021-10-25 2022-01-11 杭州汉派模具科技有限公司 一种环模复合硬化工艺
CN114717544A (zh) * 2022-05-16 2022-07-08 陈兴锋 一种用于金属防腐的耐久性超疏水涂层及制备方法
CN114717544B (zh) * 2022-05-16 2024-02-20 广东合胜实业股份有限公司 一种用于金属防腐的耐久性超疏水涂层及制备方法

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