[发明专利]一种快速在金属材料表面制备膨胀α相的方法

说明书

本发明提供一种快速在金属材料表面制备膨胀α相的方法，配置由渗源、电解质和去离子水等三部分组成的电解液体系；将预处理后的金属材料放入盛有步骤一所配制的电解液体系中，利用直流高压电源，以待处理的金属材料为阴极，不锈钢板或石墨板为阳极，在电解液体系中产生稳定的液相等离子体辉光放电现象；在液相等离子体电解渗入装置中，利用步骤二所形成的稳定液相等离子体辉光放电现象，采用一步法或两步法对金属材料进行液相等离子体电解渗氮或渗碳或氮碳共渗处理，即可快速在金属材料表面制备膨胀α相。本发明具有元素渗入时间短、制备效率高、无需低压或真空环境气氛条件、反应装置成本低、且可在常温电解液中进行等显著优势。

技术领域

本发明涉及一种制备膨胀α相的方法，尤其涉及一种快速在金属材料表面制备膨胀α相的方法。

背景技术

金属材料被广泛应用在生产和生活当中，其中具有体心立方或体心正方或体心四方结构的金属材料(如：碳钢、合金钢、铁素体不锈钢以及马氏体不锈钢等)具有广泛地应用。但在某些极端环境下，这些金属材料的强度、硬度、耐蚀性等性能受到严峻挑战，不满足工业生产、高端装备制造等领域的日益增长的需求，因此需要对其进行表面改性处理，以提升其使用寿命和对各种环境的适应性。

金属材料表面改性方法很多，热扩渗技术是其中一种最常见的技术，但传统的处理方法往往存在这样或那样的问题，如：常规气体或等离子体热扩渗技术在高温、低压或真空气氛下，经长时间处理可获得一定厚度的改性层，但是常规气体或真空或等离子体渗氮、渗碳或氮碳共渗时需要低压或真空气氛，且工件长期处在高温环境下，工件变形严重，存在渗入效率低、能量消耗大、成本高等问题。

另一方面，低温热扩渗技术可对金属材料在较低的温度下进行表面改性处理，如采用低温气体或等离子体渗氮或渗碳或氮碳共渗技术可在体心立方或体心正方或体心四方结构不锈钢表面获得“膨胀”α相改性层(专利：一种在不锈钢表面获得膨胀α相的方法，申请号：CN201711101586.0，申请日：2017.11.10，公开号：CN107841706A，公开日：2018.03.27)，获得高硬度、高耐磨和耐蚀性的改性层。但是低温气体或真空或等离子体渗氮、渗碳或氮碳共渗过程中，工件需要低压或真空气氛，且在低温处理条件下，渗入元素在金属材料中的扩散系数较低，存在渗入速度慢、效率低、成本高等问题。

鉴于“膨胀”α相优良的性能和广泛的应用前景，急需开发一种快速、高效的在金属材料表面制备“膨胀”α相的方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有“膨胀”α相制备困难、效率低、成本高等问题而提供一种快速在金属材料表面制备膨胀α相的方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种快速在金属材料表面制备膨胀α相的方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤一：配置由渗源、电解质和去离子水等三部分组成的电解液体系，

所述渗源为尿素、甲酰胺、乙二醇、丙三醇、甘油、氨水、氰化钠、碳酸钡、碳酸钙或氯化铵；所述电解质为氯化物或碳化物；

步骤二：将预处理后的金属材料放入盛有步骤一所配制的电解液体系中，利用直流高压电源，以待处理的金属材料为阴极，不锈钢板或石墨板为阳极，在电解液体系中产生稳定的液相等离子体辉光放电现象；

步骤三：在液相等离子体电解渗入装置中，利用步骤二所形成的稳定液相等离子体辉光放电现象，采用一步法或两步法对金属材料进行液相等离子体电解渗氮或渗碳或氮碳共渗处理，即可快速在金属材料表面制备膨胀α相。

本发明还包括这样一些特征：

所述金属材料为具有体心立方或体心正方或体心四方结构的金属材料，包括碳钢、合金钢、铁素体不锈钢及马氏体不锈钢；

所述氯化物为氯化钾、氯化钠、氯化镧或氯化铈；所述碳化物为碳酸钠、碳酸钾；