[发明专利]在不锈钢表面形成耐蚀硬化层的低温渗氮方法

说明书

技术领域

本发明涉及不锈钢特别是奥氏体不锈钢及其制品的渗氮方法，具体地说是将不锈钢制品在钎剂熔体中活化后置于渗氮气氛中，在一定温度下，氮元素通过扩散，在奧氏体钢表面形成高浓度氮的奥氏体硬化层，从而改善制品的耐磨性和耐腐蚀性的低温渗氮方法。

背景技术

奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性能和耐高温性能，广泛应用于石油、化工、造纸、能源、阀门、密封件、装饰、医疗器械、仪器仪表、精密机械、航天航空和海洋工程等工业领域。但是通常奥氏体不锈钢的硬度较低，耐磨性较差，表面易出现划伤和磨损现象，因此在一些对耐磨性要求较高的领域，其应用受到一定限制。为了提高不锈钢的耐磨性，国内外学者多年来在不锈钢表面进行了各种改性处理和强化研究，例如渗氮、渗碳、电镀、化学镀、气相沉积、离子注入、热喷涂等。上述工艺方法中，渗氮和渗碳是最常用的表面硬化方法。 

钢的渗氮是使氮原子渗入钢的表面，形成富氮硬化层的一种化学热处理工艺。与渗碳工艺相比，渗氮处理后零件具有更高的硬度和耐磨性，以及低摩擦系数、高疲劳强度、较高的抗咬合性和较高的抗蚀性。从理论上讲，所有的钢铁材料都能渗氮。但是对于不锈钢，由于钢中含有大量的铬及其它合金元素，其表面会形成致密的铬基氧化物薄膜，即钝化膜。钝化膜在起到耐蚀作用的同时，也会阻碍渗氮时氮原子的渗入，因此不锈钢渗氮前必须去除表面的钝化膜。报道的方法有喷砂去除和磷化、镀铜、镀镍、氯化物浸泡等表面活化方法，也有资料介绍在渗氮气氛中通入氯化铵可使钝化膜还原。然而在低于450℃的条件下对不锈钢进行渗氮时，上述去除钝化膜的方法基本上都没有效果。

因此，不锈钢渗氮通常在500～600℃或更高的温度下进行。试验表明，渗氮显著提高了不锈钢的硬度和耐磨性。但在上述温度下渗氮后，渗层中形成了铬的氮化物，造成基体的铬含量减少，使其抗蚀性下降。

大量的研究报道发现，为了硬化目的将不锈钢制品在高于450℃的温度下进行渗氮处理时，渗层中就会形成铬的氮化物，渗氮温度升高时，这种现象尤为突出。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的在不锈钢表面形成耐蚀硬化层的低温渗氮方法，它可克服现有技术中去除钝化膜的方法需要在500～600℃或更高的温度下进行，而在高于450℃的温度下进行渗氮处理时，渗层中就会形成铬的氮化物，造成基体的铬含量减少，使其抗蚀性下降，同时整个渗氮处理工艺复杂的一些不足。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种在不锈钢表面形成耐蚀硬化层的低温渗氮方法，其特征在于：所述的低温渗氮方法包括如下步骤：a、制备钎剂熔体，将不锈钢制品放在钎剂熔体中去除钝化膜；b、将不锈钢制品浸泡入氯化物溶液中以保持其表面活性状态；c、将活化的不锈钢制品进行渗氮加热处理，在不锈钢制品的表面形成耐蚀硬化层。

使用时，本发明的渗氮处理处理所需的时间为15到30小时。通过这种渗氮处理，在上述奧氏体不锈钢制品的表面上均匀地形成致密的15～50μm厚度的S-相奥氏体硬化层，与制品基体材料的维氏硬度200～350HV0.1相比较，经本发明渗氮工艺处理后的制品的表面硬度达到900～1300HV0.1，可大幅度地提高制品的耐磨性能。此外，本发明工艺能显著降低制品表面的摩擦系数，有利于提高在高温工况下工作的不锈钢零部件的抗咬合和抗粘着磨损能力。同时，本发明的方法适合于小型精密零部件的批量生产。

附图说明

图1为本发明一实施例中坩埚炉的结构示意图。

图2为本发明一实施例中渗氮处理后奥氏体不锈钢零件横断面的金相照片。

图3为本发明一对比例中渗氮处理后奥氏体不锈钢零件横断面的金相照片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

本发明所述的低温渗氮方法包括如下步骤：a、制备钎剂熔体，将不锈钢制品放在钎剂熔体中去除钝化膜；b、将不锈钢制品浸泡入氯化物溶液中以保持其表面活性状态；c、将活化的不锈钢制品进行渗氮加热处理，在不锈钢制品的表面形成耐蚀硬化层。