[发明专利]9Cr18钢制精密轴承表面等离子体基氮离子与银离子注入方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种9Cr18钢制精密轴承表面等离子体基氮离子与银离子注入方法，属于精密零件表面强化处理领域。 

背景技术

随着现代科技的发展，越来越多设备需要在极低温的环境下工作，其工作温度甚至在零下200℃左右，9Cr18钢以其尺寸稳定性好，综合性能优越成为低温轴承常用的材料，9Cr18钢制精密轴承是在低温环境工作设备重要的运动部件，由于处于极端低温环境下，润滑问题成为精密轴承的主要问题之一，如9Cr18钢制精密轴承表面不作任何处理，则轴承的润滑性能会很差；随着技术的不断发展，轴承承受的载荷越来越大，未经过任何表面强化处理的9Cr18钢制精密轴承的使用寿命已经不能满足一些在重载高速条件下工作部件的使用要求，不作表面强化处理的轴承的承载能力低，强度低，既而轴承的服役寿命短。 

发明内容

本发明的目的是解决目前未经任何处理的9Cr18钢制精密轴承工作在极低温度工况时，轴承的承载能力不足，润滑性能差，强度低，既而影响其服役寿命的问题，提供一种9Cr18钢制精密轴承表面等离子体基氮离子与银离子注入方法。 

实现本发明方法的步骤包括： 

步骤一、超声清洗：将多个待处理的9Cr18钢制精密轴承分别放入纯度为99.9％以上的丙酮溶液中超声清洗两次，每次超声清洗持续8min～15min； 

步骤二、真空处理：将多个处理过的9Cr18钢制精密轴承放到真空室试样台上，抽真空至真空度为1.0×10^-4Pa～1.0×10^-3Pa； 

步骤三、预溅射清洗：对所述9Cr18钢制精密轴承进行预溅射清洗10min～30min，射频功率在0.8kW～2kW之间，电压在500V～700V之间，电流在0.2mA/cm²～0.5mA/cm²之间，调节射频功率，使产生的氩气等离子浓度为 1.0×10¹⁰/cm³； 

步骤四、氮离子注入：所述9Cr18钢制精密轴承缓慢绕自身轴线匀速旋转的同时，用离子注入机对所述9Cr18钢制精密轴承进行氮离子注入处理，气源采用纯度为99.999％的氮气，氮气气压在0.08Pa～0.2Pa之间，注入电压在30kV～50kV之间，注入剂量在3×10¹⁷ions/cm²～4×10¹⁷ions/cm²之间，在注入过程中注入电流密度控制在2μA/cm²～2.5μA/cm²之间，保证工件温升不超过150℃； 

步骤五、银离子注入：保持所述9Cr18钢制精密轴承缓慢绕自身轴线匀速旋转，调节真空室内气体压强至0.1Pa～0.5Pa，在9Cr18钢制精密轴承上施加一个负偏压，注入参数为：注入电压在30kV～50kV之间，注入电流密度在1μA/cm²～3.5μA/cm²之间，以直流磁控溅射银靶提供银离子源，磁控溅射参数为：溅射偏压在200V～400V之间，溅射电流调至80mA～120mA之间持续8min～15min，再将溅射电流调至180mA～220mA之间持续25min～35min，同时保证工件温升不超过150℃； 

步骤六、真空室内气压恢复常压，并冷却至室温。 

本发明的优点是： 

1、对9Cr18钢制精密轴承的等离子体基离子注入处理可实现批量生产，生产成本低。 

2、经本发明方法处理后的9Cr18钢制精密轴承表面硬度可达14GPa，为未处理轴承的1.5倍。 

3、经本发明方法处理后的9Cr18钢制精密轴承表面与9Cr18钢球的滑动摩擦系数为0.1，为未处理条件下试样摩擦系数的1/8。 

4、经本发明方法处理后的9Cr18钢制精密轴承的疲劳寿命为未处理轴承的2.3倍左右。 

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式包括步骤一、超声清洗：将多个待处理的9Cr18钢制精密轴承分别放入纯度为99.9％以上的丙酮溶液中超声清洗两次，每次超声清洗持续8min～15min； 

步骤二、真空处理：将多个处理过的9Cr18钢制精密轴承放到真空室试 样台上，抽真空至真空度为1.0×10^-4Pa～1.0×10^-3Pa；