一種在不鏽鋼表面製備鉻基金屬陶瓷硬化層的方法與流程

2023-08-13 07:07:46

本發明涉及一種製備鉻基金屬陶瓷硬化層的方法，特別涉及一種在不鏽鋼表面製備鉻基金屬陶瓷硬化層的方法。

背景技術：

不鏽鋼具有良好的耐腐蝕性能，但其表面硬度低易出現劃傷和磨損。為了提高不鏽鋼的耐磨損性能，需要對不鏽鋼表面進行硬化處理。現有技術中，滲碳和滲氮是不鏽鋼最常用和最有效的表面硬化方法，然而不鏽鋼經滲碳或滲氮硬化後，耐蝕性一般都會下降。採用特殊表面活化技術將不鏽鋼進行低溫滲碳或滲氮，可以得到既有高硬度又具有高耐蝕性的硬化層，不過上述低溫硬化工藝處理的不鏽鋼製品，通常只能在低於六百五十攝氏度的工況下工作，當工作溫度高於六百五十攝氏度時，製品表面硬化層的硬度及耐腐蝕性將急劇下降，因此一些不鏽鋼的使用人員和不鏽鋼製品的生產廠家希望在不鏽鋼的表面鍍設一層特別的保護層，使得不鏽鋼不僅具備高硬度，而且在高溫條件下也能很好的保持表面硬度不下降，並可以提高不鏽鋼零部件的抗咬合和抗粘著磨損能力。

技術實現要素：

本發明專利提供一種針對不鏽鋼及其製品的不同於以往各種表面硬化方法的新的工藝方法，使不鏽鋼製品不僅在常溫而且在九百攝氏度的高溫下仍具有很高的表面硬度和抗腐蝕能力。

為了解決上述技術問題，本發明提供了如下的技術方案：

本發明一種在不鏽鋼表面製備鉻基金屬陶瓷硬化層的方法，包括包埋工序、原料進爐工序、預熱保護工序、第一次加熱工序、第二次加熱工序和出爐冷卻工序，所述包埋工序是將不鏽鋼製品包埋於含碳、氮及鉻元素的固態粉末介質的耐熱鋼製容器中。

進一步，所述原料進爐工序是將經過所述包埋工序處理的裝有不鏽鋼製品和粉末介質的容器置於保護氣氛加熱爐中。

進一步，所述預熱保護工序是將經過所述原料進爐工序處理的裝有不鏽鋼製品和粉末介質的容器的加熱爐升溫至兩百攝氏度進行預抽真空，然後通入保護氣氛。

進一步，所述第一次加熱工序是將經過所述預熱保護工序處理的加熱爐升溫至六百攝氏度至八百攝氏度，並保持此溫度區間五小時至十小時，使固態粉末介質受熱分解出活性碳、氮原子，活性碳、氮原子在此溫度下經擴散滲入不鏽鋼製品表面形成富碳、氮層；

進一步，所述第二次加熱工序是將經過所述第一次加熱工序處理的加熱爐進一步升溫至九百攝氏度至一千攝氏度，並保持此溫度區間五小時至十小時，在此溫度下固態介質分解出活性鉻原子，活性鉻原子與不鏽鋼製品表面富碳富氮層中的碳、氮原子反應形成碳化鉻或氮化鉻金屬陶瓷。

進一步，所述出爐冷卻工序是將經過所述第二次加熱工序處理後的包埋有不鏽鋼和含碳、氮及鉻元素的固態粉末介質的耐熱鋼製容器移出加熱爐並自然冷卻至自然溫度。

本發明所達到的有益效果是：本發明解決了目前普通的不鏽鋼表面易於劃傷以及經過滲碳或滲氮硬化後的不鏽鋼耐蝕性下降的問題，採用上述工序在不鏽鋼表面製得碳化鉻或氮化鉻金屬陶瓷層，系通過熱化學擴散反應生成，這種滲層與基體冶金結合，具有很高的抗剝落性能和抗疲勞強度，由於鉻基金屬陶瓷自身具有抗高溫腐蝕和高紅硬性特點，因此本發明製備的金屬陶瓷層可顯著提高不鏽鋼零部件在高溫工況下的抗磨損和抗腐蝕能力，此外，本發明工藝能顯著降低製品表面的摩擦係數，有利於提高不鏽鋼零部件的抗咬合和抗粘著磨損能力，同時，本發明的方法適合於小型精密不鏽鋼零部件的工業化生產，目前已在汽車渦輪增壓器零部件上得到實際應用。

附圖說明

附圖用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用於解釋本發明，並不構成對本發明的限制。在附圖中：

圖1是本發明的工序流程示意圖；

圖2是本發明的工序過程中不鏽鋼表面的物質生成示意圖；

圖中，1、包埋工序；2、原料進爐工序；3、預熱保護工序；4、第一次加熱工序；5、第二次加熱工序；6、出爐冷卻工序。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用於說明和解釋本發明，並不用於限定本發明。

實施例1

如圖1-2所示，本發明提供一種在不鏽鋼表面製備鉻基金屬陶瓷硬化層的方法，包括包埋工序1、原料進爐工序2、預熱保護工序3、第一次加熱工序4、第二次加熱工序5和出爐冷卻工序6，其特徵在於，包埋工序1是將不鏽鋼製品包埋於含碳、氮及鉻元素的固態粉末介質的耐熱鋼製容器中。

進一步，原料進爐工序2是將經過包埋工序1處理的裝有不鏽鋼製品和粉末介質的容器置於保護氣氛加熱爐中。

進一步，預熱保護工序3是將經過原料進爐工序2處理的裝有不鏽鋼製品和粉末介質的容器的加熱爐升溫至兩百攝氏度進行預抽真空，然後通入保護氣氛，保護氣氛可以避免氧氣對不鏽鋼以及鋼製容器的氧化，延長設備的使用壽命並提高在不鏽鋼表面製備鉻基金屬陶瓷硬化層的質量。

進一步，第一次加熱工序4是將經過預熱保護工序3處理的加熱爐升溫至六百攝氏度至八百攝氏度，並保持此溫度區間五小時至十小時，使固態粉末介質受熱分解出活性碳、氮原子，活性碳、氮原子在此溫度下經擴散滲入不鏽鋼製品表面形成富碳、氮層，此時不鏽鋼表面同活性碳、氮原子形成初步的物理性融合。

進一步，第二次加熱工序5是將經過第一次加熱工序4處理的加熱爐進一步升溫至九百攝氏度至一千攝氏度，並保持此溫度區間五小時至十小時，在此溫度下固態介質分解出活性鉻原子，活性鉻原子與不鏽鋼製品表面富碳富氮層中的碳、氮原子反應形成碳化鉻或氮化鉻金屬陶瓷，此時碳化鉻或氮化鉻金屬陶瓷附著在不鏽鋼表面，形成一層鉻基金屬陶瓷硬化層對不鏽鋼進行保護，實現了本發明在不鏽鋼表面製備鉻基金屬陶瓷硬化層的目的。

進一步，出爐冷卻工序6是將經過第二次加熱工序5處理後的包埋有不鏽鋼和含碳、氮及鉻元素的固態粉末介質的耐熱鋼製容器移出加熱爐並自然冷卻至自然溫度，當表面有鉻基金屬陶瓷硬化層的不鏽鋼冷卻後，就完成了本發明的全部工序，得到了表面有鉻基金屬陶瓷硬化層的不鏽鋼成品。

本發明解決了目前普通的不鏽鋼表面易於劃傷以及經過滲碳或滲氮硬化後的不鏽鋼耐蝕性下降的問題，採用上述工序在不鏽鋼表面製得碳化鉻或氮化鉻金屬陶瓷層，系通過熱化學擴散反應生成，這種滲層與基體冶金結合，具有很高的抗剝落性能和抗疲勞強度，由於鉻基金屬陶瓷自身具有抗高溫腐蝕和高紅硬性特點，因此本發明製備的金屬陶瓷層可顯著提高不鏽鋼零部件在高溫工況下的抗磨損和抗腐蝕能力，此外，本發明工藝能顯著降低製品表面的摩擦係數，有利於提高不鏽鋼零部件的抗咬合和抗粘著磨損能力，因此具有很好的實用價值。

最後應說明的是：以上僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。