[发明专利]一种金属材料的表面改性方法、金属材料及机械零部件

说明书

本发明适用于金属材料加工技术领域，提供了一种金属材料的表面改性方法、金属材料及机械零部件，该表面改性方法包括以下步骤：对金属材料的表面进行打磨后，再进行超声表面滚压处理；将超声表面滚压处理后的金属材料置于真空度为300~500Pa、温度为500~600℃的条件下，并通入渗入元素气体进行离子硫氮碳共渗处理；所述渗入元素气体包括乙醇气体、二硫化碳气体和氨气。本发明通过采用超声表面滚压和离子硫氮碳共渗的复合改性方法，可以加快原子的扩散，改善渗层的均匀性和厚度，从而可有效解决离子硫氮碳共渗技术渗层质量差、扩渗效力低等缺陷。

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，尤其涉及一种金属材料的表面改性方法、金属材料及机械零部件。

背景技术

离子硫氮碳共渗方法是一种典型的表面改性化学热处理方法，可显著地提高材料的摩擦磨损性能，在工业生产中已被广泛应用。离子硫氮碳共渗实质是渗硫与氮碳共渗的结合，与硫氮共渗相比，其优点在于能使低碳钢零件也得到较好的强化效果。离子硫氮碳共渗是在真空条件下，通过辉光放电，使气体离子化，在电场的作用下离子轰击工件表面，从而渗入工件表面的热处理工艺。在其形成的表面复合层中，外层是较软的硫化物层，内层是较硬的碳氮层或渗氮层。其中外层的硫化物层摩擦系数小、抗咬合能力、抗擦伤能力和减磨性好；而内层的碳氮层或渗氮层具有较高的硬度，能起到很好的支撑作用，并具有较好的耐磨性，从而延长了工件的使用寿命。

然而，传统的离子硫氮碳共渗技术也存在一些需要改善的缺陷，例如热处理过程所需要的时间较长，以及所形成的渗层存在不均匀等问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种金属材料的表面改性方法的制备方法，旨在解决背景技术中提出的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种金属材料的表面改性方法，其包括以下步骤：

对金属材料的表面进行打磨后，再进行超声表面滚压处理；

将超声表面滚压处理后的金属材料置于真空度为300~500Pa、温度为500~600℃的条件下，并通入渗入元素气体进行离子硫氮碳共渗处理；所述渗入元素气体包括乙醇气体、二硫化碳气体和氨气。

作为本发明实施例的一种优选方案，所述乙醇气体、二硫化碳气体和氨气的体积比为(1~3):1:(80~160)。

作为本发明实施例的另一种优选方案，所述乙醇气体、二硫化碳气体和氨气的体积比为(1.5~2.5):1:(100~140)。

作为本发明实施例的另一种优选方案，所述步骤中，超声表面滚压处理的方法具体包括：

用滚压头以0.05~0.15r/min进给速度沿打磨后的金属材料的径向进行往复运动，同时使打磨后的金属材料以200~300r/min的转速进行旋转运动。

作为本发明实施例的另一种优选方案，所述超声表面滚压处理的振幅为20~30μm，滚压头的施加压力为300~400N。

作为本发明实施例的另一种优选方案，所述金属材料为42MnCr52钢材。

作为本发明实施例的另一种优选方案，所述42MnCr52钢材包括以下按照质量分数计的组分：C 0.3%~0.5%、Si 0.2%~0.4%、Mn 0.9%~1.1%、Cr 0.4%~0.6%、余量为Fe，各组分的质量分数之和为100%。

本发明实施例的另一目的在于提供一种经由上述表面改性方法改性得到的金属材料。

本发明实施例的另一目的在于提供一种机械零部件，所述机械零部件部分或全部包含上述的金属材料。