[发明专利]一种表面合金化强化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面合金化强化方法，属于复合电镀技术领域。

背景技术

高速耐磨表面强化方法，一直是获得减少磨损量、降低摩擦系数的摩擦副的一个重要手段，不同的表面零件部件处理方式所达到的效果并不相同，当然不同的生产使用状况，也对摩擦副处理方法的选择也不相同，摩擦副的质量是其使用寿命和应用效果关键所在。目前，重载低速摩擦副一般采用全基体均具有耐磨减摩功能的材料来完成，或者牺牲摩擦副的一个低成本、易更换对摩擦副，使之成为易耗件，但是更换频繁必然影响增加停车检修的总时间，因此在工程应用中经常采用先进技术来提高两个摩擦副的强度硬度或表面涂覆增加降低摩擦系数的涂层或颗粒等手段达到提高使用寿命的目的，而在高速轻载摩擦副一般采用表面强化就能在低成本下获得不错的综合使用效果。在高速滑动摩擦环境状况下，高强高硬度的钢铁摩擦副或因为对磨磨合期或走熟过程中，产生火花，使淬火形成的马氏体局部分解脱碳，最后在两个摩擦副零件表面形成犁沟或者热蚀疲劳带等缺陷，带来摩擦副的摩擦面粗糙度增加而跳动加剧，反而达不到摩擦副的稳定运行效果，又因为低碳钢成本低廉，在制造高速轻载零部件具有较高的成本优势，因此工农业中这类工程构件应用量非常大，如轻纺行业。

发明内容

本发明目的是解决现有技术中的问题，提高材料表面红硬性，以达到零件在高速摩擦初期的火花降低，减少磨合期形成的缺陷，并最终成倍提高零件的使用寿命。

本发明提供了一种表面强化工艺路线，解决了当前生产过程中的轻载高速摩擦副寿命短的不足之处。首先在低碳低合金钢零件表面通过电镀将减磨耐磨的Si3N4颗粒、WC、CrC、VC耐磨等颗粒共镀到工件表面，使形成5～50μm的合金复合镀层；然后，再在中性气氛高温度下做热处理扩散，再次通入高碳势气氛做传统的渗碳或碳氮共渗等工艺处理，处理时间相对传统工艺较短，最后再加入扩散时间使碳在金属中扩散获得一个较大的过渡层后，出炉淬火后低温回火，经简单磨光后成为表面达到冶金结合的合金强化层，该层因为有高耐磨颗粒，提高材料红硬性的碳化物颗粒，因此，在工件磨合期摩擦副的损伤将大大降低，同时与仅采用渗碳淬火工艺获得的零件相比，能够显著提高零件的耐磨性能，使用寿命也成倍提高。

本发明的表面合金化强化方法，包括如下步骤：

(1)首先，配制电镀液主盐溶液，以氯化亚铁、硫酸亚铁盐或者硫酸亚铁铵等作为主盐，加入强碳化物形成元素作为耐磨合金元素的盐，如三价铬盐作为合金盐，并加入抗氧化剂、消泡剂、光亮剂等，获得澄清电镀液主盐溶液；

(2)将耐磨减磨颗粒进行超声分散，加入到电镀液主盐溶液中，再加入分散剂，进一步超声分散；

(3)静置，除去≥5μm的粗颗粒，留下1～5μm的颗粒，获得复合电镀液；

(4)进行电镀，将耐磨减磨颗粒共镀到工件表面，形成5～50μm的合金复合镀层；电镀过程中，不断搅拌液体，防止复合颗粒沉淀于镀槽底部，阳极材料采用低碳钢或工业纯铁，并依据电流密度，工件大小，调整阳极面积。

(5)电镀完成后采用高于电镀液的热纯水清洗，放入烘箱内加热干燥，温度为100～150℃；

(6)将干燥后的工件趁热换挂具转入中性气氛炉内加热扩散并去应力退火，温度为750～800℃，使电镀层与基体达到冶金结合；

(7)将去应力退火后的表面电镀合金化工件进行渗碳或碳氮共渗淬火，淬火后进行去应力低温回火，工件表面层获得理想的高硬度合金马氏体组织；

(8)出炉后进行表面抛光，获得成品。

步骤(1)中，所述的耐磨合金元素的盐优选为CrCl₃。

步骤(2)中，所述的耐磨减磨颗粒为Si₃N₄、WC、CrC或VC颗粒等，其粒径≤5μm。

步骤(3)中，所述复合电镀液中，CrCl₃浓度为0.1～0.6mol/l，FeCl₂、硫酸亚铁或硫酸亚铁铵浓度为0.1～0.8mol/l，所述的耐磨减磨颗粒在镀液中的加入量为1～15g/L。

步骤(7)中，所述的渗碳以丙酮做碳源时，910℃渗碳，保温1小时，然后随炉冷至850℃出炉油淬火；所述的碳氮共渗为在840℃保温1小时，然后出炉油淬火。

步骤(7)中，优选的，为防止渗碳层碳含量过高，还应先做均匀化扩散后再淬火。

步骤(7)中，所述的去应力低温回火为在150℃下保温2小时。