一種奧氏體不鏽鋼複合表面處理工藝的製作方法

2023-06-13 15:36:11

專利名稱：一種奧氏體不鏽鋼複合表面處理工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於金屬表面改性技術領域，尤其涉及一種奧氏體不鏽鋼複合處理工藝。
背景技術：
離子滲氮是一種將氮原子滲入金屬表層使金屬表面改變化學成分和顯微結構的離子化學熱處理工藝。經過離子滲氮後的工件表面，可以形成一層緻密的化合物層，這種化合物層具有較高的硬度和表面耐磨性，可以大大提高金屬工件的使用壽命，因此得到了廣泛的應用。奧氏體不鏽鋼具有優良的耐腐蝕性能，因此奧氏體不鏽鋼被廣泛地應用在食品、醫療、化工等領域。然而，奧氏體不鏽鋼表面硬度低、耐磨性差，其應用範圍受到了極大的限 制。目前已有研究探索將離子滲氮應用於奧氏體不鏽鋼以提高其表面硬度和耐磨性，並取得了良好的效果。但進行離子氮化時，奧氏體不鏽鋼內的鉻原子極易於與氮原子結合，形成鉻氮化物，降低了奧氏體不鏽鋼表面鉻含量，造成不鏽鋼耐蝕性下降。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術存在的缺陷，提供一種耐蝕性好的奧氏體不鏽鋼複合表面處理工藝。實現本發明目的的技術方案是一種奧氏體不鏽鋼複合處理工藝，該工藝包括以下步驟( I)對不鏽鋼工件表面清洗，去除工件表面油汙和雜質；(2)將不鏽鋼工件放入離子氮化爐內，通入經過乾燥後的氫氣，然後起輝升溫，待達到滲氮溫度時，通入氮氣，調節氮氣和氫氣比例，所述比例為1:廣1:5，爐內壓力為10(T500Pa，隨後開始計時，進行滲氮，滲氮溫度為45(T580°C，滲氮時間為2 24h ；(3)滲氮時間完成後，關閉氮氣，繼續通入氫氣，減小電流和電壓值，待溫度降到40(T450°C時，通入經過乾燥的空氣進行表面氧化；(4)氧化1(T20 min後，關閉空氣進氣閥，關閉離子氮化爐，繼續通入氫氣，工件隨爐冷卻。上述技術方案，所述氮氣和氫氣比例為1: 3，所述爐內壓力為300Pa，所述滲氮溫度為560°C，滲氮時間為8h。上述技術方案，所述氧化時間為15min。採用上述技術方案後，本發明具有以下積極的效果(I)經過複合處理處理後的奧氏體不鏽鋼表面從外到內依次形成了緻密的Fe3O4膜、化合物層、擴散層。化合物層主要成分為Fe2^N和CrN，具有較高的硬度和良好的耐磨性，緻密的Fe3O4膜則可以有效提高不鏽鋼表面的耐蝕性。經過耐腐蝕性測試表明，經複合處理處理後的奧氏體不鏽鋼表面與未經任何處理的奧氏體不鏽鋼表面耐蝕性相當，說明本發明在提高奧氏體不鏽鋼表面硬度和表面耐磨性的同時，保持住了不鏽鋼優良的表面耐蝕性。(2)在離子氮化後進行氧化時，繼續通入氫氣，並根據氫氣的流量，調節空氣與氫氣的流量比，有利於形成單一的緻密的Fe3O4膜，並抑制Fe2O3的形成，提高了複合滲層的耐腐蝕性能。


為了使本發明的內容更容易被清楚地理解，下面根據具體實施例並結合附圖，對本發明作進一步詳細的說明，其中·
圖1為經過離子氮化的不鏽鋼表面形貌；圖2為經過複合處理處理後的不鏽鋼表面形貌；圖3經複合處理後的試樣及只經離子氮化的304不鏽鋼試樣的X射線衍射圖；圖4為經不同處理後的不鏽鋼試樣在鹽霧試驗中的生鏽時間。
具體實施例方式(實施例1)一種奧氏體不鏽鋼複合處理工藝；該工藝包括以下步驟(I)將不鏽鋼工件表面依次用320iTl200#的SiC砂紙磨平，再用Cr2O拋光粉拋光至鏡面；(2)用無水乙醇或丙酮對不鏽鋼工件進行5min以上的超聲波清洗，去除工件表面油汙和雜質，乾燥後待用；(3)待不鏽鋼工件冷卻後，將其放入離子氮化爐內，通入經過乾燥後的氫氣，然後起輝升溫，待達到560°C後，通入氮氣，調節氮氣和氫氣比例為1:3 ;待爐內壓力為300pa時開始計時；(4)保溫時間到達8小時後，關閉氮氣進氣閥，繼續通入氫氣，減小電流和電壓值，待溫度降到40(T45(TC時，打開空氣進氣閥，通入經過乾燥的空氣進行表面氧化，流量為300L/min,繼續保溫 15min ；(5)關閉離子氮化爐，並關閉空氣進氣閥，繼續通入氫氣可抑制Fe2O3相的形成，以保證表面只形成單一的Fe3O4相，有利於表面耐蝕性；(6)待爐內溫度下降至10(T20(TC時，停止通入氫氣。以下數據為傳統只經過離子氮化和通過本實施例工藝所得實驗結果圖1為經過離子氮化的不鏽鋼表面形貌，圖2為經過複合處理處理後的不鏽鋼表面形貌。比較圖1和圖2可以發現，經過處理後的奧氏體不鏽鋼表面後產生了一層緻密的白亮層(化合物層)，而經過後氧化處理的不鏽鋼表面白亮層厚度與僅經過離子氮化處理的不鏽鋼白亮層厚度相當，說明離子氮化後的氧化不會對白亮層造成不良影響。圖3是經複合處理處理後的試樣及只經離子氮化的304不鏽鋼試樣的X射線衍射圖，從圖中可以看出，經過複合處理的304不鏽鋼表面主要由ε ^Fe2N和Fe3O4組成，而只經離子氮化的304表面由ε-Fe3N和CrN組成。比較兩個X射線衍射圖，可以得知，不同處理方式的304不鏽鋼試樣表面都形成了 ε相。ε相具有較高的硬度和耐磨性，對提高試樣表面的力學性能有重要的作用。而氧化後形成的緻密的Fe3O4膜則可以有效提高不鏽鋼表面的耐腐蝕性能。圖4是經不同處理後的不鏽鋼試樣在鹽霧試驗中的生鏽時間。從圖中可以看出，經離子氮化處理的不鏽鋼在鹽霧中生鏽的時間最短，低於未經處理的不鏽鋼試樣，這說明離子氮化後的不鏽鋼表面耐蝕性明顯下降，經過後續氧化處理的不鏽鋼在鹽霧中生鏽的時間則大大延長，並達到未經處理的不鏽鋼的水平。這說明離子氮化後氧化處理可以有效提高離子氮化後不鏽鋼的表面耐蝕性。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。如滲氮溫度在45(T580°C，滲氮時間在2 24h內任何時間和溫度組合均能獲得一定厚度滲層，並經過後續氧化能夠提高不鏽鋼表面耐磨性，只是在450°C、2h下滲氮時獲得滲層較薄，而在較高溫度和較長時間時所得滲層較厚，但離子滲氮溫度過高，滲氮時間過長，如溫度超過600°C、或滲氮時間超過30h時則會使滲氮層變得疏鬆，不利於耐蝕性的提 聞。
權利要求
1.一種奧氏體不鏽鋼複合處理工藝；其特徵在於該工藝包括以下步驟 (1)對不鏽鋼工件表面清洗，去除工件表面油汙和雜質； (2)將不鏽鋼工件放入離子氮化爐內，通入經過乾燥後的氫氣，然後起輝升溫，待達到滲氮溫度時，通入氮氣，調節氮氣和氫氣比例，所述比例為1:廣1:5，爐內壓力為10(T500Pa，隨後開始計時，進行滲氮，滲氮溫度為45(T580°C，滲氮時間為2 24h ； (3)滲氮時間完成後，關閉氮氣，繼續通入氫氣，減小電流和電壓值，待溫度降到40(T450°C時，通入經過乾燥的空氣進行表面氧化； (4)氧化IOlOmin後，關閉空氣進氣閥，關閉離子氮化爐，繼續通入氫氣，工件隨爐冷卻。
2.根據權利要求1所述的奧氏體不鏽鋼複合處理工藝，其特徵在於所述氮氣和氫氣比例為1: 3，所述爐內壓力為300Pa，所述滲氮溫度為560°C，滲氮時間為8h。
3.根據權利要求1所述的奧氏體不鏽鋼複合處理工藝，其特徵在於所述氧化時間為15min。
全文摘要
本發明屬於金屬表面改性技術領域，具體涉及一種奧氏體不鏽鋼複合表面處理工藝。該方法主要包括以下步驟1)對工件表面清洗，去除工件表面油汙和雜質；2)待不鏽鋼工件冷卻後，將其放入離子氮化爐內，通入經過乾燥後的氫氣，然後起輝升溫，待達到一定溫度後，通入氮氣，調節氮氣和氫氣比例、爐內壓力隨後開始計時；3)滲氮一定時間後，關閉氮氣，通入經過乾燥後的空氣，並保溫一定時間。採用該工藝處理後的不鏽鋼不僅提高了表面耐磨性，而且保持住了不鏽鋼自身優良的耐腐蝕性能。
文檔編號C23C8/38GK103014599SQ20121052447
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月9日 優先權日2012年12月9日
發明者胡靜, 蔡偉, 王樹凱, 李景才 申請人:常州大學