[发明专利]一种M50钢脉冲电子束辐照Cr-Mo-Nb-W合金化方法

说明书

本发明公开了一种M50钢脉冲电子束辐照Cr‑Mo‑Nb‑W合金化方法，属于M50钢表面处理领域。本发明为了解决M50钢高温摩擦磨损抗力低的问题。本发明基于磁控溅射与大面积强流脉冲电子束辐照合金化技术，在M50钢表面制备Cr‑Mo‑Nb‑W合金化层。本发明方法降低M50钢的高温摩擦系数，提高高温摩擦磨损抗力。

技术领域

本发明属于M50钢表面处理的技术领域；具体涉及一种M50钢脉冲电子束辐照Cr-Mo-Nb-W合金化方法。

背景技术

作为一种新型的技术，大面积强流脉冲电子束辐照通过电子枪产生能量密度极高的电子束脉冲轰击材料表面，在电子束产生的瞬时高温下，使材料表面发生瞬时熔化与凝固，获得表面细小组织或非平衡相，实现材料表面性能的改变。通过采用磁控溅射在基体表面沉积一层合金化层，然后采用电子束辐照可以使得合金层与基体同时发生熔化与凝固，从而实现合金化。所获得的合金化层与基体间为冶金结合，彻底解决了其他方法制备涂层与基体之间结合力弱的问题。此外由于电子束辐照能量集中，时间极短，因此只有近表层极少的材料发生熔化，基体材料大部分仍处在室温，因此该方法不会改变材料表面的粗糙度。这尤其适用于轴承类精密材料的表面性能优化。

M50钢作为一种常用的轴承钢，常被用作航空发动机轴承，汽轮机轴承等高温摩擦工况。在这些工况下，比较好的轴承需要高温力学性能稳定性好，尤其是需要高温下摩擦系数小，尤其是要考虑润滑油中断情况下，轴承与轴瓦之间的摩擦系数要小，避免产生摩擦系数增加导致温度升高，温度升高又导致摩擦系数增加的情况。

发明内容

本发明针对M50钢高温摩擦磨损抗力的问题，提出将磁控溅射与强流脉冲电子束辐照工艺相结合在M50钢表面进行Cr-Mo-Nb-W合金化处理，以降低M50钢的高温摩擦系数，提高高温摩擦磨损抗力。

本发明中一种M50钢脉冲电子束辐照Cr-Mo-Nb-W合金化方法是按下述步骤进行的：

步骤一、将M50钢工件表面研磨抛光后，依次用丙酮和无水乙醇超声清洗；

步骤二、然后放置在真空室内的工作台上，将工件的待处理面面向电子枪；

步骤三、然后抽真空至4×10^-4Pa～7×10^-4Pa；

步骤四、然后向真空室内持续通入氩气，再在气压为0.04Pa～0.08Pa、加速电压控制在30kv条件下辐照50～100次；

步骤五、然后将工件的待处理面依次用W靶材、Nb靶材、Mo靶材、Cr靶材进行磁控溅射；

步骤六、再将工件的待处理面转向面对电子束；

步骤七、然后向真空室内通入氩气，再在气压为0.04Pa～0.06Pa、加速电压控制在30kv条件下辐照50～100次，冷却15～30min后取出在空气中冷却，即完成。

进一步地限定，步骤四中W靶材磁控溅射是按下述步骤操作的：抽真空至6×10^-4Pa，待抽完真空之后，向真空室内持续通入氩气，在工作功率为50w、工作电流为131mA、工作电压为380v，充气量为505sccm条件下进行磁控溅射，沉积1.5min，停止通氩气，25min后停止磁控溅射，关闭电源，冷却10min～20min。

进一步地限定，步骤四中Nb靶材磁控溅射是按下述步骤操作的：抽真空至6×10^-4Pa，待抽完真空之后，向真空室内持续通入氩气，在工作功率为50w、工作电流为161mA、工作电压为310v，充气量为580sccm条件下进行磁控溅射，沉积1.5min，停止通氩气，25min后停止磁控溅射，关闭电源，冷却10min～20min。