一種納米化表面層的滲氮的奧氏體不銹鋼及其制備方法與流程

文檔序號(hào)：11507157閱讀：321來源：國知局

導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>金屬材料;冶金;鑄造;磨削;拋光設(shè)備的制造及處理,應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明屬于奧氏體不銹鋼材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米化表面層的滲氮的奧氏體不銹鋼及其制備方法。

背景技術(shù)：

奧氏體不銹鋼是不銹鋼中最重要的種類，是指在使用狀態(tài)下以奧氏體組織為主的不銹鋼，主要分為三種類型：cr-mn不銹鋼、cr-mn-n不銹鋼和cr-mn-ni-n不銹鋼，奧氏體不銹鋼具有高塑型、高耐蝕性、良好的焊接性能、韌性和低溫韌性、無磁性和易于加工等優(yōu)點(diǎn)，在化工、石油化工、航天航空、能源交通、輕工紡織等各工業(yè)部門有不可或缺的應(yīng)用。但是奧氏體不銹鋼的硬度偏低，耐磨性較差，研究發(fā)現(xiàn)在奧氏體不銹鋼中加入氮可以穩(wěn)定奧氏體組織、提高強(qiáng)度，提高耐腐蝕性能。

中國專利cn103215536b公開的在不銹鋼表面形成耐蝕硬化層的低溫滲氮方法，將不銹鋼制品放在含硼酸鹽、氟化物和氯化物的釬劑熔體中，去除與鹽酸溶液中洗凈去除鈍化膜，然后浸泡入氯化物溶液中保持表面活性，再置于滲氮爐中在400-449℃加熱處理10-40h，得到產(chǎn)品。該方法中處理不銹鋼鈍化膜的方法較為復(fù)雜，有大量酸殘留，會(huì)環(huán)境負(fù)擔(dān)大。中國專利cn105937018a公開的一種奧氏體不銹鋼低溫等離子滲氮的方法，將表面清潔和烘干處理的奧氏體不銹鋼放入離子氮化爐內(nèi)，抽真空，通過氬氣進(jìn)行離子轟擊，再通入氮?dú)夂蜌錃膺M(jìn)行低壓離子滲氮，再通入氮?dú)夂蜌錃膺M(jìn)行高壓離子滲氮。該方法中采用的是常規(guī)直流離子滲氮過程，效率快，但是對(duì)幾何形狀不規(guī)則的工件容易導(dǎo)致離子轟擊程度不同造成工件表面溫度不均勻，既而造成工件表面?zhèn)鳠醾髻|(zhì)的差異。

活性屏等離子體源滲氮技術(shù)在滲氮真空室內(nèi)增加一個(gè)金屬屏為陰極，金屬屏上施加直流/脈沖電壓，在金屬屏與真空室爐體內(nèi)壁之間發(fā)生輝光放電，產(chǎn)生直流/脈沖等離子體，工件置于金屬屏內(nèi)，并處于懸浮點(diǎn)位或施加低的低的負(fù)偏壓。與傳統(tǒng)的常規(guī)直流離子滲氮技術(shù)相比，對(duì)工件的加熱更均勻，避免幾何形狀具有小尺寸孔徑或溝槽引起的空心陰極效應(yīng)等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種納米化表面層的滲氮的奧氏體不銹鋼及其制備方法，將aisi304奧氏體不銹鋼表面清洗磨平拋光后，經(jīng)活性屏等離子體源滲氮處理，表面再經(jīng)機(jī)械誘導(dǎo)納米化和真空熱處理，得到的奧氏體不銹鋼材料實(shí)現(xiàn)納米級(jí)滲氮，表面微晶化，使奧氏體不銹鋼的硬度和摩擦系數(shù)顯著提高。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種納米化表面層的滲氮的奧氏體不銹鋼，所述納米化表面層的滲氮的奧氏體不銹鋼的原料為aisi304奧氏體不銹鋼，所述納米化表面層的滲氮的奧氏體不銹鋼包括納米化表面層和滲氮層，所述滲氮層是采用活化屏等離子體源滲氮技術(shù)制備，所述納米化表面層是采用摩擦誘發(fā)表面自納米化技術(shù)制備。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，aisi304奧氏體不銹鋼的組成，按照百分比計(jì)算，包括：c0.05wt％，si0.80wt％，mn1.50wt％，cr17.5wt％，ni9.50wt％，mo0.013wt％，ti0.011wt％，余量為fe。

本發(fā)明還提供一種納米化表面層的滲氮的奧氏體不銹鋼的制備方法，包括以下步驟：

(1)將奧氏體不銹鋼置于5-10％的naoh溶液中，在80-100℃下浸泡5-10min，去除油脂層，然后置于10％鹽酸水溶液，酸洗10min，再用鋼絲刷清理去除表面致密的氧化物層，得到表面預(yù)處理的奧氏體不銹鋼；

(2)將步驟(1)制備的奧氏體不銹鋼表面磨平、拋光，用酒精清洗后，放置于空心陰極放電離子源滲氮爐內(nèi)的陽極電位臺(tái)上，啟動(dòng)抽真空系統(tǒng)對(duì)滲氮爐抽真空至10-15pa，充入凈化過的氮?dú)猓{(diào)節(jié)氮?dú)獾牧髁渴範(fàn)t內(nèi)的壓強(qiáng)保持100-500pa，打開供電系統(tǒng)的電源，升溫至440-520℃時(shí)，滲氮保溫8h，切斷電源，維持低壓，奧氏體不銹鋼在氨氣氣氛下隨爐冷卻至200℃以下，取出，得到滲氮的奧氏體不銹鋼；

(3)將步驟(2)制備的滲氮的奧氏體不銹鋼置于水平臺(tái)上，滲氮的奧氏體不銹鋼的表面經(jīng)摩擦頭往復(fù)運(yùn)動(dòng)，然后將奧氏體不銹鋼經(jīng)真空熱處理，得到納米化表面層的滲氮的奧氏體不銹鋼。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，奧氏體不銹鋼為aisi304奧氏體不銹鋼，所述aisi304奧氏體不銹鋼的組成，按照百分比計(jì)算，包括：c0.05wt％，si0.80wt％，mn1.50wt％，cr17.5wt％，ni9.50wt％，mo0.013wt％，ti0.011wt％，余量為fe。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，空心陰極放電離子源滲氮爐中爐壁作為陽極，空心不銹鋼管陣作為放電陰極，所述空心不銹鋼管直徑為8-10mm。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，電源為脈沖電源。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，滲氮的奧氏體不銹鋼中滲氮層的厚度為6-16μm。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軌跡為圓形，時(shí)間為240-480min。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，真空熱處理的溫度為550-700℃，時(shí)間為100-300min。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，納米化表面層的滲氮的奧氏體不銹鋼中晶粒的尺寸低于100μm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明制備的納米化表面層的滲氮的奧氏體不銹鋼材料將活性屏等離子體源滲氮技術(shù)與機(jī)械誘導(dǎo)納米化和真空熱處理技術(shù)相結(jié)合，活性屏等離子體源滲氮技術(shù)中奧氏體不銹鋼處于陽極電位，無需離子轟擊，氮原子也可滲入奧氏體不銹鋼基體形成滲氮強(qiáng)化層，避免了邊緣效應(yīng)問題，使整個(gè)表面的硬度均勻，提高了耐磨性能，再通過往復(fù)摩擦對(duì)奧氏體不銹鋼表面施加旋轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力及向下的壓力使奧氏體不銹鋼表面發(fā)生塑性變形，形成呈梯度分布的微納米級(jí)晶體，進(jìn)一步提高奧氏體不銹鋼的強(qiáng)度和耐磨性能。

(2)本發(fā)明制備的納米化表面層的滲氮的奧氏體不銹鋼材料滲氮均勻，滲氮層厚，各結(jié)構(gòu)組織的均勻性好，表面呈梯度分布的微納米級(jí)晶體，因此制備的奧氏體不銹鋼的硬度和耐磨性顯著提高，提高了奧氏體不銹鋼的使用領(lǐng)域。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合具體實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1：