專利名稱：：一種富Cr離子滲氮層及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及離子滲技術(shù)，具體為一種能夠抑制滲層脆性開裂的富Cr離子滲氮強化層及其制備方法和應(yīng)用，可作為雙密封、雙緊固支撐的雙保險高強度耐壓雙卡套式管接頭中，由不銹鋼制成的后卡套的表面功能性強化層得到應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：-管道是各種流體的載體，被廣泛應(yīng)用于社會的各行各業(yè)，它不僅在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防和科學(xué)研究中起著重要的作用，而且在大家的日常生活中也具有不可替代的作用。隨著各項科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，管道的應(yīng)用范圍越來越廣，其連接方式得到逐步更新，對管道的安裝施工及其可靠性提出了更高的要求，卡套式管接頭因此而產(chǎn)生?？ㄌ资焦芙宇^是一種便捷、可靠，易于安裝拆卸的中高壓管路的聯(lián)接方式。最早由德國ERMETO公司于1930年發(fā)明，經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，卡套式管接頭已成為世界上最為先進的一種管接頭。由于其采用了獨特的卡套連接原理，結(jié)構(gòu)合理、使用方便，不需要擴口、不需焊接，也不需任何特殊的裝配工具。目前，卡套式管接頭廣泛應(yīng)用于油、氣及腐蝕性介質(zhì)的管路系統(tǒng)中，工作壓力高達40MPa。因此，被廣泛應(yīng)用于化工、機械、電子、電力、航天、軍工、醫(yī)藥、輕工和科研等行業(yè)。目前，單卡套式管接頭的缺點主要是，由于接頭體熱處理后硬度不夠，多次拆卸后接頭體內(nèi)錐面上會產(chǎn)生傷痕，影響密封性能；而接頭體的連接螺紋、螺母的螺紋均為精度不高的普通級細(xì)牙螺紋，后一次裝配螺母要比前一次多旋緊一點點，多次拆裝后，易造成接頭體上的連接螺紋和螺母變形，脫絲，造成接頭體、螺母報廢。在單卡套式管接頭廣泛應(yīng)用于液壓管路連接的時候，有一種新型概念(密封機理不同)的雙卡套式管接頭問世，由于其精湛的工藝，優(yōu)良的品質(zhì)，優(yōu)美的外觀，優(yōu)秀的"0"泄漏的密封性能，異軍突起，在機械、液壓、空調(diào)、航天等領(lǐng)域大展身手，成為一種優(yōu)秀的管路連接方式。雙卡套式管接頭在我國的應(yīng)用從上世紀(jì)80年代引進國外產(chǎn)品開始，已經(jīng)有20多年的歷史。隨著我國工業(yè)化水平的不斷提高，其應(yīng)用范圍不斷擴大，需求量不斷增加，同時，其獨特可靠的性能優(yōu)勢正在被社會認(rèn)識和接受。但是，由于目前雙卡套式管接頭都是從國外進口，成本太高而無法實現(xiàn)批量，從而阻礙了其進一步的推廣應(yīng)用。由于雙卡套式管接頭的諸多優(yōu)點，從上世紀(jì)90年代以來，我國國內(nèi)許多企業(yè)開始仿制生產(chǎn)，但至今產(chǎn)品性能與國外進口產(chǎn)品相比仍差距很大，很多要求較高的企業(yè)還是要花高價從國外進口，并且需求量很大。普通的離子滲層硬而脆，滲層易于開裂，因此最大的問題是如何改變滲層的組織結(jié)構(gòu)，使涂層的脆性開裂傾向減小，以及設(shè)計合理的基體-涂層界面梯度，使?jié)B層與基體有良好的結(jié)合強度。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種富Cr離子滲氮層及其制備方法和應(yīng)用，它是能夠調(diào)整不銹鋼表面滲氮層硬度、厚度和組成的離子滲工藝技術(shù)，解決不銹鋼制成的管道連接用后卡套的表面功能性強化問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種富Cr離子滲氮層，該滲層是在不銹鋼表面上滲氮的同時使得Cr富集于氮化層中，獲得的富Cr滲氮強化層中Cr含量為20-40wtQ/。，滲層硬度在Hvo.3400-800范圍內(nèi)、滲層厚度在0.02-0.1毫米范圍內(nèi)可調(diào)。所述富Cr離子滲氮層的制備方法，以不銹鋼為基底材料，利用低溫離子滲技術(shù)得到富Cr滲氮功能性強化層，具體歩驟如下(1)除去基底材料(工件)表面上的油污，在有機溶劑中超聲清洗；(2)將洗凈后的工件裝入離子滲設(shè)備的真空室內(nèi)；(3)工件裝入真空室后，抽真空至0.4Pa-lPa;(4)通氬氣對工件進行離子轟擊清洗通純氬使真空室內(nèi)壓力至5Pa-10Pa，給工件加負(fù)偏壓由0伏并逐漸升至600-850伏同時進行離子轟擊清洗3-5分鐘(即升壓同時進行離子轟擊清洗，負(fù)偏壓升至600-850伏時清洗完畢)；(5)調(diào)整氨氣流量使得真空室內(nèi)壓力至50Pa-500Pa、給工件加負(fù)偏壓由0伏并逐漸升高至420-800伏，同時通過離子轟擊使得工件溫度逐漸升高到43(TC-56(TC(即升壓同時進行離子轟擊，達到所需溫度時，升壓、轟擊停止)，保溫30分鐘-50分鐘；然后，在3-5分鐘內(nèi)逐漸減少氨氣流量至0，與此同時導(dǎo)入氬氣并逐漸增加其流量使得真空室壓力保持在50Pa-500Pa，繼續(xù)保溫20-60分鐘后隨爐冷卻至200°C以下取出，得到富Cr滲氮層。所述的去除油污是將工件浸入三氯乙烯有機溶液中進行刷洗；超聲清洗是把工件放入三氯乙烯有機溶液中通過超聲波清洗機清洗，使工件獲得潔凈和活性化的表面。所述的富Cr滲氮層制備方法是采用離子滲技術(shù)，首先通過控制在一定時間內(nèi)氨氣流量、真空室壓力以及轟擊功率進行離子滲氮，然后導(dǎo)入氬氣并進行離子轟擊使得合金基體中的Cr富集于滲氮層中而獲得富Cr滲氮層。本發(fā)明富Cr離子滲氮技術(shù)可應(yīng)用于不銹鋼制成的管道連接用后卡套的表面功能性強化。本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是1、本發(fā)明利用富Cr離子滲氮層的高硬度，良好的耐腐蝕性能以及較常規(guī)滲氮層得到大幅度改善的滲層塑韌性，采用離子滲技術(shù)在不銹鋼合金基材表面上獲得富Cr離子滲氮層，從而可以得到能夠提高滲層與基體之間結(jié)合強度高、能有效抑制滲層的開裂和剝落的高強度、耐腐蝕富Cr離子滲氮層。2、本發(fā)明經(jīng)過科學(xué)的分析和技術(shù)優(yōu)選，采用富Cr滲氮技術(shù)作為工作溫度低于560°C、工作壓力低于40MPa，腐蝕環(huán)境條件下的不銹鋼制管道連接用后卡套的表面功能性強化，使得滲層強度、塑韌性和耐腐蝕性能得到有機結(jié)合。富Cr滲氮層可應(yīng)用于由不銹鋼合金制成的管道連接用后卡套的表面功能性強化，不僅可以顯著提高基體材料的表面強度、保證芯部材料具有足夠的塑韌性和耐腐蝕性能，而且滲層與基體結(jié)合強度高并能有效地抑制裂紋的生成和擴展，顯著改善了常規(guī)滲氮層容易開裂和剝落的現(xiàn)象。3、本發(fā)明富Cr滲氮層的制備方法簡單易行、成本較低。本發(fā)明以不銹鋼為基底材料，采用離子滲技術(shù)制備富Cr滲氮層。經(jīng)過表面去除油污、在有機溶劑中超聲清洗后，將試樣置入離子滲設(shè)備的真空室內(nèi)，抽真空、加熱到一定的真空度和溫度，通氬氣對工件進行離子轟擊清洗，于選定的時間周期內(nèi)調(diào)整氨氣、氬氣流量、真空室內(nèi)壓力、轟擊功率和保溫溫度、時間，獲得富Cr滲氮層。該富Cr滲氮層的滲層厚度和硬度可調(diào)、滲層中Cr含量高，滲層不僅具有足夠的表面強度、良好的塑韌性和耐腐蝕性能，而且抑制滲層開裂和剝落的作用尤為顯著。4、采用本發(fā)明制備的富Cr滲氮層具有優(yōu)良的綜合性能，滲層中Cr含量為20-40wt%，滲層硬度在Hv。.3400-800范圍內(nèi)、滲層厚度在0.02-0.1毫米范圍內(nèi)根據(jù)需要進行調(diào)整。這種富Cr滲氮層的主要優(yōu)點有(1)滲層與基體之間的結(jié)合強度高，1千萬次耐振動試驗后未發(fā)現(xiàn)滲層剝落現(xiàn)象；(2)可以有效地抑制滲層的開裂和剝落；(3)適當(dāng)?shù)谋砻鎻姸取⒘己玫乃茼g性和耐腐蝕性能；(4)優(yōu)越的抗疲勞性能。(5)工藝簡單，成本低，無污染。圖l富Cr滲氮處理后不銹鋼制管道連接用后卡套照片。圖2實施例1富Cr滲氮層的端面形貌。具體實施例方式實施例1經(jīng)過表面去除油污、在三氯乙烯有機溶劑中超聲清洗10分鐘后，將316不銹鋼后卡套取出并置入離子滲設(shè)備的真空室內(nèi)，抽真空至1Pa，通純氬使真空室內(nèi)壓力至5Pa，給工件加負(fù)偏壓由0伏并逐漸升至850伏同時進行離子轟擊清洗3分鐘；調(diào)整氨氣流量使得真空室內(nèi)壓力至200Pa、給工件加負(fù)偏壓由0伏并逐漸升高至600伏，同時通過離子轟擊使得工件溫度逐漸升高到480。C，保溫40分鐘；然后，在3分鐘內(nèi)逐漸減少氨氣流量至O，與此同時導(dǎo)入氬氣并逐漸增加其流量使得真空室壓力保持在300Pa，繼續(xù)保溫40分鐘后隨爐冷卻至20(TC以下取出，得到富Cr滲氮層。如圖1所示，富Cr滲氮處理后不銹鋼制管道連接用后卡套照片。如圖2所示，實施例l富Cr滲氮層的端面形貌。本發(fā)明對制備好的滲氮試樣進行了硬度和厚度測試，具體測試方法如下測試設(shè)備日本制造SHIMAZUM84207型顯微硬度計；載荷15gf;加載時間15秒；具體操作方法如下首先用丙酮將試樣表面清洗干凈，然后把試樣放在玻璃板上(測定面向上)，確定試樣與玻璃板之間無間隙后，一塊兒放到載物臺上，先用400倍顯微鏡觀察試樣表面，確定測定硬度部位，然后自動加載15gf保持15秒，標(biāo)定壓痕對角線長度，打印出硬度值，每個樣品測三點取平均值。另外，利用同一設(shè)備還測定了滲層的厚度，測試結(jié)果均列于表l。本發(fā)明利用電子探針對滲氮層以及基體中的Cr含量進行了定點定量測定，在相近部位測定3點取平均值，結(jié)果列于表2。表1實施例1富Cr滲氮層的硬度和厚度<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2實施例1富Cr滲氮層與基體中的Cr含量<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例2與實施例1不同之處在于經(jīng)過表面去除油污、在三氯乙烯有機溶劑中超聲清洗8分鐘后，將304不銹鋼制后卡套取出并置入離子滲設(shè)備的真空室內(nèi)，抽真空至0.6Pa，通純氬使真空室內(nèi)壓力至7Pa，給工件加負(fù)偏壓由0伏并逐漸升至700伏同時進行離子轟擊清洗4分鐘；調(diào)整氨氣流量使得真空室內(nèi)壓力至400Pa、給工件加負(fù)偏壓由0伏并逐漸升高至420伏，同時通過離子轟擊使得工件溫度逐漸升高到56(TC，保溫50分鐘；然后，在5分鐘內(nèi)逐漸減少氨氣流量至0，與此同時導(dǎo)入氬氣并逐漸增加其流量使得真空室壓力保持在500Pa，繼續(xù)保溫60分鐘后隨爐冷卻至200°C以下取出，得到富Cr滲氮層。本發(fā)明對制備好的滲氮試樣的滲層硬度和厚度進行了測定，測定結(jié)果為外刃硬度Hv。.3410，內(nèi)刃硬度Hvo.3400，外刃滲氮層厚度0.096毫米，內(nèi)刃滲氮層厚度0.1毫米。電子探針測定結(jié)果為滲氮層中Cr含量為39.64wt。/0,基體中Cr含量為18.62wt%。實施例3與實施例1不同之處在于經(jīng)過表面去除油污、在三氯乙烯有機溶劑中超聲清洗5分鐘后，將2Crl3不銹鋼制后卡套取出并置入離子滲設(shè)備的真空室內(nèi)，抽真空至0.4Pa，通純氬使真空室內(nèi)壓力至10Pa，給工件加負(fù)偏壓由0伏并逐漸升至600伏同時進行離子轟擊清洗5分鐘；調(diào)整氨氣流量使得真空室內(nèi)壓力至100Pa、給工件加負(fù)偏壓由0伏并逐漸升高800伏，同時通過離子轟擊使得工件溫度逐漸升高到43(TC，保溫30分鐘；然后，在4分鐘內(nèi)逐漸減少氨氣流量至0，與此同時導(dǎo)入氬氣并逐漸增加其流量使得真空室壓力保持在50Pa，繼續(xù)保溫20分鐘后隨爐冷卻至200°C以下取出，得到富Cr滲氮層。本發(fā)明對制備好的滲氮試樣的滲層硬度和厚度進行了測定，測定結(jié)果為外刃硬度Hvo.3790，內(nèi)刃硬度Hvo.3780，外刃滲氮層厚度0.021毫米，內(nèi)刃滲氮層厚度0.022毫米。電子探針測定結(jié)果為滲氮層中Cr含量為20.14wt。/。，基體中Cr含量為12.83wt%。權(quán)利要求1.一種富Cr離子滲氮層，其特征在于該滲層是在不銹鋼表面上滲氮的同時使得Cr富集于氮化層中，獲得的滲層中Cr含量為20-40wt％，滲層硬度在Hv0.3400-800范圍內(nèi)、滲層厚度在0.02-0.1毫米范圍內(nèi)可調(diào)。2.按照權(quán)利要求1所述的富Cr離子滲氮層的制備方法，其特征在于，以不銹鋼為基底材料，禾擁離子織術(shù)獲得富Cr滲氮強化層，具體步驟如下(1)除去合金表面上的油污，在有機溶劑中超聲清洗5-10分鐘；(2)將洗凈后的工件^A離子滲設(shè)備的真空室內(nèi)；(3)工件^A真空室后，抽真空至0.4Pa-lPa;(4)通氬氣X寸工件進行離子轟擊清洗通純氬使真空室內(nèi)壓力至5Pa-10Pa，給工件加負(fù)偏壓由0伏并逐漸升至600-850伏同時進行離子轟擊清洗3-5分鐘；(5)調(diào)整氨氣流量使得真空室內(nèi)壓力至50Pa-500Pa、給工件加負(fù)偏壓由0并逐漸升高至420-800伏，同時通過離子轟擊使得工件溫度逐漸升高到430°C-560°C，保溫30分鐘-50^H中；然后，在3-5^H中內(nèi)逐漸M^氨氣流量至0，與此同時導(dǎo)入氬氣并逐漸增加其流量使得真空室壓力保持在50Pa-500Pa，繼續(xù)保溫20-60分鐘后隨爐7轉(zhuǎn)卩至200°C以下取出，得到富Cr滲氮層。3.按照權(quán)利要求2所述的富Cr離子滲氮層的制備方法，其特征在于所述的去除油污是將工件^AH氯乙烯有機溶液中進行刷洗；超聲清洗是把工件方iA三氯乙烯有機溶液中通過超聲波清洗機清洗。4.按照權(quán)利要求l戶脫的富Cr離子滲氮層的應(yīng)用，其特征在于富Cr離子滲氮層應(yīng)用于不銹鋼制成的tm接用后卡套的表面功能性強化。全文摘要本發(fā)明涉及離子滲技術(shù)，具體為一種富Cr離子滲氮層及其制備方法和應(yīng)用，解決雙密封、雙緊固支撐的雙保險高強度耐壓雙卡套式管接頭中，由不銹鋼制成的后卡套的表面功能性強化問題。本發(fā)明利用離子滲技術(shù)在不銹鋼表面獲得一定厚度、硬度和成分的離子滲層。其制備方法首先除去合金表面上的油污，在有機溶劑中超聲清洗；然后，將洗凈的試樣置入離子氮化設(shè)備的真空室內(nèi)，抽真空到所需真空度后通氬氣進行離子轟擊清洗；最后，在離子滲過程中通過調(diào)整離子滲功率、氨氣以及氬氣流量的變化，獲得具有良好抑制滲層脆性開裂性能的富Cr滲氮強化層，其滲層中Cr含量為20-40wt％，滲層硬度在Hv_0.3400-800范圍內(nèi)、滲層厚度在0.02-0.1毫米范圍內(nèi)可調(diào)。文檔編號C23C10/12GK101386983SQ20071001280公開日2009年3月18日申請日期2007年9月12日優(yōu)先權(quán)日2007年9月12日發(fā)明者于志明,尹春生,徐家寅,朱義芳,韓恩厚申請人:中國科學(xué)院金屬研究所;江蘇星河集團有限公司