[发明专利]一种纳米化表面层的渗氮的奥氏体不锈钢及其制备方法

说明书

本发明提供一种纳米化表面层的渗氮的奥氏体不锈钢及其制备方法，该纳米化表面层的渗氮的奥氏体不锈钢包括纳米化表面层和渗氮层，具体制备方法为：将奥氏体不锈钢先后经碱洗，酸洗，钢丝刷清理，表面磨平、抛光，用酒精清洗后，放置于空心阴极放电离子源渗氮炉内的阳极电位台上，抽真空，充入氮气，打开脉冲电源，升温至440‑520℃时保温8h，切断电源，维持低压，冷却至200℃以下，取出，将渗氮的奥氏体不锈钢置于水平台上，经摩擦头往复运动，经真空热处理得到纳米化表面层的渗氮的奥氏体不锈钢。本发明制备的纳米化表面层的渗氮的奥氏体不锈钢的氮化层厚度适中，表面含有微纳米级晶体，使奥氏体不锈钢的硬度和摩擦系数显著提高。

技术领域

本发明属于奥氏体不锈钢材料技术领域，具体涉及一种纳米化表面层的渗氮的奥氏体不锈钢及其制备方法。

背景技术

奥氏体不锈钢是不锈钢中最重要的种类，是指在使用状态下以奥氏体组织为主的不锈钢，主要分为三种类型：Cr-Mn不锈钢、Cr-Mn-N不锈钢和Cr-Mn-Ni-N不锈钢，奥氏体不锈钢具有高塑型、高耐蚀性、良好的焊接性能、韧性和低温韧性、无磁性和易于加工等优点，在化工、石油化工、航天航空、能源交通、轻工纺织等各工业部门有不可或缺的应用。但是奥氏体不锈钢的硬度偏低，耐磨性较差，研究发现在奥氏体不锈钢中加入氮可以稳定奥氏体组织、提高强度，提高耐腐蚀性能。

中国专利CN 103215536B公开的在不锈钢表面形成耐蚀硬化层的低温渗氮方法，将不锈钢制品放在含硼酸盐、氟化物和氯化物的钎剂熔体中，去除与盐酸溶液中洗净去除钝化膜，然后浸泡入氯化物溶液中保持表面活性，再置于渗氮炉中在400-449℃加热处理10-40h，得到产品。该方法中处理不锈钢钝化膜的方法较为复杂，有大量酸残留，会环境负担大。中国专利CN 105937018A公开的一种奥氏体不锈钢低温等离子渗氮的方法，将表面清洁和烘干处理的奥氏体不锈钢放入离子氮化炉内，抽真空，通过氩气进行离子轰击，再通入氮气和氢气进行低压离子渗氮，再通入氮气和氢气进行高压离子渗氮。该方法中采用的是常规直流离子渗氮过程，效率快，但是对几何形状不规则的工件容易导致离子轰击程度不同造成工件表面温度不均匀，既而造成工件表面传热传质的差异。

活性屏等离子体源渗氮技术在渗氮真空室内增加一个金属屏为阴极，金属屏上施加直流/脉冲电压，在金属屏与真空室炉体内壁之间发生辉光放电，产生直流/脉冲等离子体，工件置于金属屏内，并处于悬浮点位或施加低的低的负偏压。与传统的常规直流离子渗氮技术相比，对工件的加热更均匀，避免几何形状具有小尺寸孔径或沟槽引起的空心阴极效应等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种纳米化表面层的渗氮的奥氏体不锈钢及其制备方法，将AISI304奥氏体不锈钢表面清洗磨平抛光后，经活性屏等离子体源渗氮处理，表面再经机械诱导纳米化和真空热处理，得到的奥氏体不锈钢材料实现纳米级渗氮，表面微晶化，使奥氏体不锈钢的硬度和摩擦系数显著提高。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种纳米化表面层的渗氮的奥氏体不锈钢，所述纳米化表面层的渗氮的奥氏体不锈钢的原料为AISI304奥氏体不锈钢，所述纳米化表面层的渗氮的奥氏体不锈钢包括纳米化表面层和渗氮层，所述渗氮层是采用活化屏等离子体源渗氮技术制备，所述纳米化表面层是采用摩擦诱发表面自纳米化技术制备。

作为上述技术方案的优选，AISI304奥氏体不锈钢的组成，按照百分比计算，包括：C 0.05wt％，Si 0.80wt％，Mn1.50wt％，Cr17.5wt％，Ni9.50wt％，Mo0.013wt％，Ti0.011wt％，余量为Fe。

本发明还提供一种纳米化表面层的渗氮的奥氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：

(1)将奥氏体不锈钢置于5-10％的NaOH溶液中，在80-100℃下浸泡5-10min，去除油脂层，然后置于10％盐酸水溶液，酸洗10min，再用钢丝刷清理去除表面致密的氧化物层，得到表面预处理的奥氏体不锈钢；