CN117604443B - 一种耐辐照传感器芯体及其制备方法与应用 - Google Patents

一种耐辐照传感器芯体及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐辐照传感器芯体及其制备方法与应用，涉及传感器技术领域，该制备方法包括以下步骤：将不锈钢弹性体抛光后渗氮、回火、沉积和光刻；渗氮后渗氮层的厚度为0.02mm~0.04mm；沉积分为下表面沉积和上表面沉积；下表面沉积为依次沉积氧化铌层和金层；上表面沉积为依次沉积绝缘层、敏感层、焊盘层和保护层。本发明通过对不锈钢弹性体进行渗氮处理，从而提升不锈钢弹性体的硬度；同时还能降低迟滞误差；本发明通过沉积金层，从而进一步降低核辐照敏感性。

Description

一种耐辐照传感器芯体及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于传感器技术领域，具体是一种耐辐照传感器芯体及其制备方法与应用。
背景技术
核电厂需要大量压力传感器或变送器对系统压力进行测量与控制。相关技术中核电领域主要使用电容式压力变送器为主，具有体积大、需要充硅油的特点；从而导致安装不方便、长期使用后灵敏度低、响应时间慢等问题。而纳米薄膜应变式压力传感器具有精度高、稳定性好、温度范围宽、不充油、体积小等优点；而纳米薄膜一般沉积在弹性体表面，但常规的应变式压力传感器弹性体采用630S、17-4PH等不锈钢材料制成。但630S、17-4PH不锈钢材料耐核辐射能力差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐辐照传感器芯体，以解决上述背景技术中提出的问题和缺陷的至少一个方面。
本发明还提供了上述耐辐照传感器芯体的制备方法。
本发明还提供了上述耐辐照传感器芯体的应用。
具体如下，本发明第一方面提供了一种耐辐照传感器芯体的制备方法，包括以下步骤：
将不锈钢弹性体抛光后渗氮、回火、沉积和光刻；
所述渗氮后渗氮层的厚度为0.02mm~0.04mm；
所述沉积分为下表面沉积和上表面沉积；
所述下表面沉积为依次沉积氧化铌层和金层；
所述上表面沉积为依次沉积绝缘层、敏感层、焊盘层和保护层。
根据本发明制备方法技术方案中的一种技术方案，至少存在如下有益效果：
本发明通过对不锈钢弹性体进行渗氮处理，从而提升不锈钢弹性体的硬度；同时还能降低迟滞误差；本发明通过沉积金层，从而进一步降低核辐照敏感性。
根据本发明的一些实施方式，所述抛光后表面粗糙度Ra≤10nm。
根据本发明的一些实施方式，所述渗氮后不锈钢弹性体的HRC硬度在40以上。
根据本发明的一些实施方式，所述渗氮包括以下步骤：
第一阶段：温度为450℃~750℃，氨气压力为80Pa~220Pa，氮气压力50Pa~90Pa，时间3h~6h；
第二阶段：温度为 450℃~750℃，氨气压力80Pa~220Pa，氮气压力100Pa~180Pa，时间10h~60h；
第三阶段：温度为450℃~750℃，氨气压力50Pa~170Pa,氮气压力10Pa~50Pa，时间1h~7h。
根据本发明的一些实施方式，所述回火包括第一段保温和第二段保温；
所述第一段保温的温度为400℃~500℃。
根据本发明的一些实施方式，所述第二段保温的温度为120℃~150℃。
根据本发明的一些实施方式，所述回火后弹性体表面应力≤3.5MPa。
根据本发明的一些实施方式，所述氧化铌层的厚度为200nm~400nm。
根据本发明的一些实施方式，所述金层的厚度为700nm~1000nm。
根据本发明的一些实施方式，所述绝缘层的厚度为4μm~6μm。
根据本发明的一些实施方式，所述绝缘层为氧化铝或氧化硅中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述敏感层的厚度为0.2μm~0.3μm。
根据本发明的一些实施方式，所述敏感层为镍铬合金或氮化钽中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述焊盘层的厚度为0.3μm~0.7μm。
根据本发明的一些实施方式，所述焊盘层为金层或银层。
根据本发明的一些实施方式，所述保护层的厚度为0.3μm~0.5μm。
根据本发明的一些实施方式，所述保护层为氧化硅。
根据本发明的一些实施方式，所述不锈钢弹性体为304L不锈钢弹性体、316L不锈钢弹性体和GH4169不锈钢弹性体中的一种。
304L、316L、GH4169不锈钢核辐照敏感性低，耐辐照能力强，且抗腐蚀能力强。
本发明第二方面提供了一种耐辐照传感器芯体，由上述制备方法制备得到。
本发明第三方面提供了上述耐辐照传感器芯体在制备耐辐照传感器中的应用。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明实施方式中不锈钢弹性体的截面示意图。
图2为本发明实施方式中耐辐照传感器的立体图。
附图标记：
100、不锈钢弹性体上表面；101、不锈钢弹性体下表面。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
本实施例为一种耐辐照传感器芯体，包括不锈钢弹性体，
不锈钢弹性体（316L不锈钢弹性体）的截面结构如图1所示，包括不锈钢弹性体上表面100和不锈钢弹性体下表面101。
本实施例不锈钢弹性体依次进行研磨处理、渗氮处理和回火处理，具体工艺步骤如下：
研磨处理后表面粗糙度Ra≤10nm；
渗氮工艺由以下步骤组成：
第一阶段：温度为500℃，氨气压力为150Pa，氮气压力70Pa，时间4h；
第二阶段：温度为 600℃，氨气压力100Pa，氮气压力140Pa，时间30h；
第三阶段：温度为750℃，氨气压力110Pa,氮气压力30Pa，时间4h。
渗氮处理后不锈钢弹性体渗氮层的厚度为0.025mm（渗氮处理后弹性体的硬度为HRC42）；
将渗氮处理后不锈钢弹性体进行回火处理，回火处理在真空回火炉中进行，回火处理由升温、第一段保温、第一次冷却、第二段保温和第二次冷却组成；
第一段保温的温度为485℃±5℃（升温速度为2℃/min），第一段保温的时间为4h，真空度为2×10-2Pa；
第一段保温结束后随炉冷却至125℃进行第二段保温，第二段保温的时间为12h，真空度为3×10-1Pa。
第二段保温结束后随炉空气冷却。
回火处理后不锈钢弹性体的表面应力0.65MPa。
将回火处理后的不锈钢弹性体放入真空镀膜设备中，在不锈钢弹性体下表面101上依次沉积氧化铌（厚度为300nm）和金（1000nm）；
再在不锈钢弹性体上表面100上依次沉积绝缘层（氧化硅层，5μm）、敏感层（氮化钽层，0.25μm）、焊盘层（金层，0.5μm）和保护层（氧化硅层，0.4μm）；
再通过精密光刻技术，将弹性体制造成耐辐照传感器芯体，如图2所示。
实施例2
本实施例为一种耐辐照传感器芯体，包括不锈钢弹性体，
不锈钢弹性体（316L不锈钢弹性体）的截面结构如图1所示，包括不锈钢弹性体上表面100和不锈钢弹性体下表面101。
本实施例不锈钢弹性体依次进行研磨处理、渗氮处理和回火处理，具体工艺步骤如下：
研磨处理后表面粗糙度Ra≤10nm；
渗氮工艺由以下步骤组成：
第一阶段：温度为500℃，氨气压力为150Pa，氮气压力70Pa，时间4h；
第二阶段：温度为 600℃，氨气压力100Pa，氮气压力140Pa，时间30h；
第三阶段：温度为750℃，氨气压力110Pa,氮气压力30Pa，时间4h。渗氮处理后不锈钢弹性体渗氮层的厚度为0.025mm（渗氮处理后弹性体的硬度为HRC42）；
将渗氮处理后不锈钢弹性体进行回火处理，回火处理在真空回火炉中进行，回火处理由升温、第一段保温、第一次冷却、第二段保温和第二次冷却组成；
第一段保温的温度为485℃±5℃（升温速度为2℃/min），第一段保温的时间为4h，真空度为2×10-2Pa；
第一段保温结束后随炉冷却至125℃进行第二段保温，第二段保温的时间为12h，真空度为3×10-1Pa。
第二段保温结束后随炉空气冷却。
回火处理后不锈钢弹性体的表面应力0.73MPa。
将回火处理后的不锈钢弹性体放入真空镀膜设备中，在不锈钢弹性体下表面101上依次沉积氧化铌（厚度为300nm）和金（800nm）；
再在不锈钢弹性体上表面100上依次沉积绝缘层（氧化硅层，5μm）、敏感层（氮化钽层，0.25μm）、焊盘层（金层，0.5μm）和保护层（氧化硅层，0.4μm）；
再通过精密光刻技术，将弹性体制造成耐辐照传感器芯体。
实施例3
本实施例为一种耐辐照传感器芯体，包括不锈钢弹性体，
不锈钢弹性体（316L不锈钢弹性体）的截面结构如图1所示，包括不锈钢弹性体上表面100和不锈钢弹性体下表面101。
本实施例不锈钢弹性体依次进行研磨处理、渗氮处理和回火处理，具体工艺步骤如下：
研磨处理后表面粗糙度Ra≤10nm；
渗氮工艺由以下步骤组成：
第一阶段：温度为500℃，氨气压力为150Pa，氮气压力70Pa，时间4h；
第二阶段：温度为 600℃，氨气压力100Pa，氮气压力140Pa，时间30h；
第三阶段：温度为750℃，氨气压力110Pa,氮气压力30Pa，时间4h。渗氮处理后不锈钢弹性体渗氮层的厚度为0.025mm（渗氮处理后弹性体的硬度为HRC42）；
将渗氮处理后不锈钢弹性体进行回火处理，回火处理在真空回火炉中进行，回火处理由升温、第一段保温、第一次冷却、第二段保温和第二次冷却组成；
第一段保温的温度为485℃±5℃（升温速度为2℃/min），第一段保温的时间为4h，真空度为2×10-2Pa；
第一段保温结束后随炉冷却至125℃进行第二段保温，第二段保温的时间为12h，真空度为3×10-1Pa。
第二段保温结束后随炉空气冷却。
回火处理后不锈钢弹性体的表面应力0.69MPa。
将回火处理后的不锈钢弹性体放入真空镀膜设备中，在不锈钢弹性体下表面101上依次沉积氧化铌（厚度为300nm）和金（900nm）；
再在不锈钢弹性体上表面100上依次沉积绝缘层（氧化硅层，5μm）、敏感层（氮化钽层，0.25μm）、焊盘层（金层，0.5μm）和保护层（氧化硅层，0.4μm）；
再通过精密光刻技术，将弹性体制造成耐辐照传感器芯体。
实施例4
本实施例为一种耐辐照传感器芯体，包括不锈钢弹性体，
不锈钢弹性体（316L不锈钢弹性体）的截面结构如图1所示，包括不锈钢弹性体上表面100和不锈钢弹性体下表面101。
本实施例不锈钢弹性体依次进行研磨处理、渗氮处理和回火处理，具体工艺步骤如下：
研磨处理后表面粗糙度Ra≤10nm；
渗氮工艺由以下步骤组成：
第一阶段：温度为500℃，氨气压力为150Pa，氮气压力70Pa，时间4h；
第二阶段：温度为 600℃，氨气压力100Pa，氮气压力140Pa，时间30h；
第三阶段：温度为750℃，氨气压力110Pa,氮气压力30Pa，时间4h。
渗氮处理后不锈钢弹性体渗氮层的厚度为0.025mm（渗氮处理后弹性体的硬度为HRC42）；
将渗氮处理后不锈钢弹性体进行回火处理，回火处理在真空回火炉中进行，回火处理由升温、第一段保温、第一次冷却、第二段保温和第二次冷却组成；
第一段保温的温度为485℃±5℃（升温速度为2℃/min），第一段保温的时间为4h，真空度为2×10-2Pa；
第一段保温结束后随炉冷却至125℃进行第二段保温，第二段保温的时间为12h，真空度为3×10-1Pa。
第二段保温结束后随炉空气冷却。
回火处理后不锈钢弹性体的表面应力0.72MPa。
将回火处理后的不锈钢弹性体放入真空镀膜设备中，在不锈钢弹性体下表面101上依次沉积氧化铌（厚度为300nm）和金（850nm）；
再在不锈钢弹性体上表面100上依次沉积绝缘层（氧化硅层，5μm）、敏感层（氮化钽层，0.25μm）、焊盘层（金层，0.5μm）和保护层（氧化硅层，0.4μm）；
再通过精密光刻技术，将弹性体制造成耐辐照传感器芯体。
对比例1
本对比例为一种耐辐照传感器芯体，包括不锈钢弹性体，
不锈钢弹性体（316L不锈钢弹性体）的截面结构如图1所示，包括不锈钢弹性体上表面100和不锈钢弹性体下表面101。
本对比例不锈钢弹性体依次进行研磨处理和回火处理，具体工艺步骤如下：
研磨处理后表面粗糙度Ra≤10nm；
将研磨处理后不锈钢弹性体（硬度为HRC34）进行回火处理，回火处理在真空回火炉中进行，回火处理由升温、第一段保温、第一次冷却、第二段保温和第二次冷却组成；
第一段保温的温度为485℃±5℃（升温速度为2℃/min），第一段保温的时间为4h，真空度为2×10-2Pa；
第一段保温结束后随炉冷却至125℃进行第二段保温，第二段保温的时间为12h，真空度为3×10-1Pa。
第二段保温结束后随炉空气冷却。
回火处理后不锈钢弹性体的表面应力2.5MPa。
将回火处理后的不锈钢弹性体放入真空镀膜设备中，在不锈钢弹性体下表面101上依次沉积氧化铌（厚度为300nm）；
再在不锈钢弹性体上表面100上依次沉积绝缘层（氧化硅层，5μm）、敏感层（氮化钽层，0.25μm）、焊盘层（金层，0.5μm）和保护层（氧化硅层，0.4μm）；
再通过精密光刻技术，将弹性体制造成耐辐照传感器芯体。
对比例2
本对比例为一种耐辐照传感器芯体，包括不锈钢弹性体，
不锈钢弹性体（316L不锈钢弹性体）的截面结构如图1所示，包括不锈钢弹性体上表面100和不锈钢弹性体下表面101。
本对比例不锈钢弹性体依次进行研磨处理和回火处理，具体工艺步骤如下：
研磨处理后表面粗糙度Ra≤10nm；
将研磨处理后不锈钢弹性体进行回火处理，回火处理在真空回火炉中进行，回火处理由升温、第一段保温、第一次冷却、第二段保温和第二次冷却组成；
第一段保温的温度为485℃±5℃（升温速度为2℃/min），第一段保温的时间为4h，真空度为2×10-2Pa；
第一段保温结束后随炉冷却至125℃进行第二段保温，第二段保温的时间为12h，真空度为3×10-1Pa。
第二段保温结束后随炉空气冷却。
回火处理后不锈钢弹性体的表面应力2.78MPa。
将回火处理后的不锈钢弹性体放入真空镀膜设备中，在不锈钢弹性体下表面101上依次沉积氧化铌（厚度为300nm）；
再在不锈钢弹性体上表面100上依次沉积绝缘层（氧化硅层，5μm）、敏感层（镍铬层，0.25μm）、焊盘层（银层，0.5μm）和保护层（氧化硅层，0.4μm）；
再通过精密光刻技术，将弹性体制造成耐辐照传感器芯体。
对比例3
本对比例为一种耐辐照传感器芯体，包括不锈钢弹性体，
不锈钢弹性体（316L不锈钢弹性体）的截面结构如图1所示，包括不锈钢弹性体上表面100和不锈钢弹性体下表面101。
本对比例不锈钢弹性体依次进行研磨处理和回火处理，具体工艺步骤如下：
研磨处理后表面粗糙度Ra≤10nm；
渗氮工艺由以下步骤组成：
第一阶段：温度为500℃，氨气压力为150Pa，氮气压力70Pa，时间4h；
第二阶段：温度为 600℃，氨气压力100Pa，氮气压力140Pa，时间30h；
第三阶段：温度为750℃，氨气压力110Pa,氮气压力30Pa，时间4h。
渗氮处理后不锈钢弹性体渗氮层的厚度为0.025mm（渗氮处理后弹性体的硬度为HRC42）；
将渗氮处理后不锈钢弹性体进行回火处理，回火处理在真空回火炉中进行，回火处理由升温、第一段保温、第一次冷却、第二段保温和第二次冷却组成；
第一段保温的温度为485℃±5℃（升温速度为2℃/min），第一段保温的时间为4h，真空度为2×10-2Pa；
第一段保温结束后随炉冷却至125℃进行第二段保温，第二段保温的时间为12h，真空度为3×10-1Pa。
第二段保温结束后随炉空气冷却。
回火处理后不锈钢弹性体的表面应力2.5MPa。
将回火处理后的不锈钢弹性体放入真空镀膜设备中，在不锈钢弹性体下表面101上依次沉积氧化铌（厚度为300nm）；
再在不锈钢弹性体上表面100上依次沉积绝缘层（氧化硅层，5μm）、敏感层（氮化钽层，0.25μm）、焊盘层（金层，0.5μm）和保护层（氧化硅层，0.4μm）；
再通过精密光刻技术，将弹性体制造成耐辐照传感器芯体。
对比例4
本对比例为一种耐辐照传感器芯体，包括不锈钢弹性体，
不锈钢弹性体（316L不锈钢弹性体）的截面结构如图1所示，包括不锈钢弹性体上表面100和不锈钢弹性体下表面101。
本对比例不锈钢弹性体依次进行研磨处理和渗氮处理，具体工艺步骤如下：
研磨处理后表面粗糙度Ra≤10nm；
渗氮工艺由以下步骤组成：
第一阶段：温度为500℃，氨气压力为150Pa，氮气压力70Pa，时间4h；
第二阶段：温度为 600℃，氨气压力100Pa，氮气压力140Pa，时间30h；
第三阶段：温度为750℃，氨气压力110Pa,氮气压力30Pa，时间4h。
渗氮处理后不锈钢弹性体渗氮层的厚度为0.025mm（渗氮处理后弹性体的硬度为HRC42）；
将渗氮处理后不锈钢弹性体进行回火处理，回火处理在真空回火炉中进行，回火处理由升温、第一段保温、第一次冷却、第二段保温和第二次冷却组成；
第一段保温的温度为485℃±5℃（升温速度为2℃/min），第一段保温的时间为4h，真空度为2×10-2Pa；
第一段保温结束后随炉冷却至125℃进行第二段保温，第二段保温的时间为12h，真空度为3×10-1Pa。
第二段保温结束后随炉空气冷却。
回火处理后不锈钢弹性体的表面应力2.43MPa。
将回火处理后的不锈钢弹性体放入真空镀膜设备中，在不锈钢弹性体下表面101上依次沉积氧化铌（厚度为300nm）；
再在不锈钢弹性体上表面100上依次沉积绝缘层（氧化硅层，5μm）、敏感层（镍铬层，0.25μm）、焊盘层（金层，0.5μm）和保护层（氧化硅层，0.4μm）；
再通过精密光刻技术，将弹性体制造成耐辐照传感器芯体。
将本发明实施例1~4和对比例1~4制得的耐辐照传感器芯体进行辐照处理（辐照强度为100M rad（12h）和200M rad（12h）），并检测辐照前后精度误差，测试结果见表1。
表1 本发明实施例1~4和对比例1~4制得的耐辐照传感器芯体的精度误差测试结果
实施例1镀金1000nm，在200M rad剂量辐照下，精度变化量仅为0.87%，达到很好的效果。
实施例2渗氮镀金800nm，在200M rad剂量辐照下，精度变化量仅为1.12%，达到很好的效果。
实施例3渗氮镀金900nm，在200M rad剂量辐照下，精度变化量仅为0.94%，达到很好的效果。
实施例4镀金850nm，在200M rad剂量辐照下，精度变化量仅为1.05%，达到很好的效果。
对比例1、2均未渗氮未镀金，辐照前精度大于0.3%，辐照后精度变化量达到了4.59%和5.56%。
对比例3、4均渗氮未镀金，辐照前精度优于0.2%，辐照后精度变化量也比较大。
综上所述，本发明通过对不锈钢弹性体进行渗氮处理，从而提升不锈钢弹性体的硬度；同时还能降低迟滞误差；本发明通过沉积金层，从而进一步降低核辐照敏感性。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐辐照传感器芯体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将不锈钢弹性体抛光后渗氮、回火、沉积和光刻；
所述渗氮后渗氮层的厚度为0.02mm~0.04mm；
所述渗氮包括以下步骤：
第一阶段：温度为450℃~750℃，氨气压力为80Pa~220Pa，氮气压力50Pa~90Pa，时间3h~6h；
第二阶段：温度为 450℃~750℃，氨气压力80Pa~220Pa，氮气压力100Pa~
180Pa，时间10h~60h；
第三阶段：温度为450℃~750℃，氨气压力50Pa~170Pa ,氮气压力10Pa~
50Pa，时间1h~7h；
所述沉积分为下表面沉积和上表面沉积；
所述下表面沉积为依次沉积氧化铌层和金层；
所述上表面沉积为依次沉积绝缘层、敏感层、焊盘层和保护层；
所述绝缘层为氧化铝或氧化硅中的至少一种；
所述敏感层为镍铬合金或氮化钽中的至少一种；
所述焊盘层为金层或银层；
所述保护层为氧化硅。
2.根据权利要求1所述的耐辐照传感器芯体的制备方法，其特征在于，所述抛光后表面粗糙度Ra≤10nm。
3.根据权利要求1所述的耐辐照传感器芯体的制备方法，其特征在于，所述渗氮后不锈钢弹性体的HRC硬度在40以上。
4.根据权利要求1所述的耐辐照传感器芯体的制备方法，其特征在于，所述回火包括第一段保温和第二段保温；
所述第一段保温的温度为400℃~500℃。
5.根据权利要求4所述的耐辐照传感器芯体的制备方法，其特征在于，所述第二段保温的温度为120℃~150℃。
6.根据权利要求1所述的耐辐照传感器芯体的制备方法，其特征在于，所述回火后弹性体表面应力≤3.5MPa。
7.根据权利要求1所述的耐辐照传感器芯体的制备方法，其特征在于，所述氧化铌层的厚度为200nm~400nm。
8.根据权利要求1所述的耐辐照传感器芯体的制备方法，其特征在于，所述金层的厚度为700nm~1000nm。
9.一种耐辐照传感器芯体，其特征在于，由权利要求1至8任一项所述的制备方法制备得到。
10.一种如权利要求9所述的耐辐照传感器芯体在制备耐辐照传感器中的应用。
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Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5411770A (en) * 1994-06-27 1995-05-02 National Science Council Method of surface modification of stainless steel
US5605741A (en) * 1995-06-02 1997-02-25 Dana Corporation Hybrid face coating for piston ring
WO2014170566A1 (fr) * 2013-04-18 2014-10-23 Peugeot Citroën Automobiles SA Procede de traitement thermochimique comportant une unique phase de nitruration avant une cementation
CN106835099A (zh) * 2016-12-26 2017-06-13 安徽宝恒新材料科技有限公司 一种提高不锈钢表面质量的方法
CN107313007A (zh) * 2017-05-23 2017-11-03 林育周 一种充电接头、电子设备及充电接头强化方法
KR101793833B1 (ko) * 2016-08-03 2017-11-03 부산대학교 산학협력단 고내열 및 고경도 질화물 코팅막의 내마모성 향상 방법, 코팅막 및 이를 포함하는 절삭 공구
CN107557725A (zh) * 2017-09-19 2018-01-09 东莞市沃迪士精密机械有限公司 一种多轴旋转工作台轴承钢球表面强化工艺
WO2018087281A1 (en) * 2016-11-11 2018-05-17 Danmarks Tekniske Universitet Fabrication of large-area multi-element two-dimensional materials
CN108929045A (zh) * 2018-08-07 2018-12-04 杨瑞冰 低辐射节能玻璃及其制备方法
CN111519128A (zh) * 2020-04-30 2020-08-11 大昌汽车部件股份有限公司 一种汽车活塞及其制造工艺
CN116197739A (zh) * 2023-05-05 2023-06-02 松诺盟科技有限公司 氢压力传感器芯体弹性体的表面处理工艺、弹性体及应用
CN116921489A (zh) * 2023-07-27 2023-10-24 湖州金钛导体技术有限公司 一种高强高韧探针及其制造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003331861A (ja) * 2002-05-16 2003-11-21 Nippon Steel Corp 燃料電池の低接触抵抗性セパレータ／炭素材料界面構造およびその炭素材料およびセパレータ、ならびに燃料電池用ステンレス鋼製セパレータの製造方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5411770A (en) * 1994-06-27 1995-05-02 National Science Council Method of surface modification of stainless steel
US5605741A (en) * 1995-06-02 1997-02-25 Dana Corporation Hybrid face coating for piston ring
WO2014170566A1 (fr) * 2013-04-18 2014-10-23 Peugeot Citroën Automobiles SA Procede de traitement thermochimique comportant une unique phase de nitruration avant une cementation
KR101793833B1 (ko) * 2016-08-03 2017-11-03 부산대학교 산학협력단 고내열 및 고경도 질화물 코팅막의 내마모성 향상 방법, 코팅막 및 이를 포함하는 절삭 공구
WO2018087281A1 (en) * 2016-11-11 2018-05-17 Danmarks Tekniske Universitet Fabrication of large-area multi-element two-dimensional materials
CN106835099A (zh) * 2016-12-26 2017-06-13 安徽宝恒新材料科技有限公司 一种提高不锈钢表面质量的方法
CN107313007A (zh) * 2017-05-23 2017-11-03 林育周 一种充电接头、电子设备及充电接头强化方法
CN107557725A (zh) * 2017-09-19 2018-01-09 东莞市沃迪士精密机械有限公司 一种多轴旋转工作台轴承钢球表面强化工艺
CN108929045A (zh) * 2018-08-07 2018-12-04 杨瑞冰 低辐射节能玻璃及其制备方法
CN111519128A (zh) * 2020-04-30 2020-08-11 大昌汽车部件股份有限公司 一种汽车活塞及其制造工艺
CN116197739A (zh) * 2023-05-05 2023-06-02 松诺盟科技有限公司 氢压力传感器芯体弹性体的表面处理工艺、弹性体及应用
CN116921489A (zh) * 2023-07-27 2023-10-24 湖州金钛导体技术有限公司 一种高强高韧探针及其制造方法

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