[发明专利]一种奥氏体不锈钢低温快速离子渗氮的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面处理方法，尤其涉及一种奥氏体不锈钢低温快速离子渗氮的方法。

背景技术

奥氏体不锈钢由于其优较好的耐蚀性能、冷加工成形性、可焊性等一系列修点而广泛应用于现代工业的各个领域，如：生物医疗，食品加工，石油化工以及核工业。但由于其硬度低，耐磨性差且不能通过相变强化因而限制了其在很多其他领域的应用。

离子渗氮作为一种清洁节能的表面改性的热处理工艺，具有渗层均匀、工艺简单、重复性好以及渗氮温度较低的、能耗低、处理时间短、无污染等多种优点而受到广泛地应用。研究表明，采用离子渗氮技术处理奥氏体不锈钢时，合理控制渗氮温度和保温时间，不仅可以显著提高零件的耐磨性，也可以提高其耐蚀性。然而，当不锈钢离子渗氮过程在较高温度下（>450℃）进行时由于离子运动速度快可得到较厚的渗氮层提高其耐磨性，但却会由于铬的氮化物的析出造成不锈钢基体贫铬而恶化其耐蚀性能；目前，为了控制离子渗氮过程中铬的氮化物的析出，通常采取较低的离子渗氮温度（<450℃）在一定的气体压力下进行离子渗氮以得到一种亚稳的氮在奥氏体中的过饱和固溶体（γN 或 S相），传统的离子渗氮压力一般为400~600Pa，低温离子渗氮虽然克服了高温条件下的铬的氮化物的析出的缺点，但也同时带来新的低温下离子渗氮速率较低的问题，所得到的离子渗氮层较薄的问题，如图1所示，为渗氮压力400Pa时360℃离子渗氮8h所得的金相组织，从图中可以看出，此时的渗氮层较薄，不利于同时提高其耐磨性及耐蚀性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种节能环保、加工周期短、渗氮效率高的奥氏体不锈钢低温快速离子渗氮的方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种奥氏体不锈钢低温快速离子渗氮的方法，其特征在于：包括如下步骤：

A：除去奥氏体不锈钢试样表面油污，预磨处理后在有机溶剂中进行超声清洗、烘干；

B：将清洗的试样置入离子氮化设备的真空室内，抽真空至50Pa以下进行起辉；

C：通入氢气进行离子轰击清洗，待炉温升至350~370℃通入氮气，设定N₂/H₂比例；

D：调整离子渗氮气氛压力，使炉内压力为80Pa~160Pa，350~370℃保温4h~8h进行离子渗氮；

E：离子渗氮结束后，逐渐调整氢气流量至0，并将离子氮化设备的电流和电压调至0，待炉温降至150℃后切断氮气流，冷却到室温将试样取出，所述奥氏体不锈钢试样表面形成22.2~51.7μm厚渗氮层。 

上述技术方案，所述A步骤中的去油污是将试样浸入丙酮有机溶剂中进行刷洗；试样的预磨处理是分别在320，600，1200和2000目的水磨砂纸上磨去表面的氧化层并且使其粗糙度达到Ra0.1微米；超声清洗是把预磨好的试样放入丙酮有机溶剂通过超声机清洗。

上述技术方案，所述B步骤中的抽真空至10Pa以下，以便于击穿气体产生辉光放电。

上述技术方案，所述C步骤中的N₂/H₂比例设定为4：13。

上述技术方案，所述步骤D中的离子渗氮压力为100Pa，渗氮温度为360℃保温时间为8h，所述渗氮层厚度为51.7μm。

上述技术方案，所述奥氏体不锈钢为304奥氏体不锈钢。

采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：

通过减小离子渗氮炉中的气体压力，离子获得的能量将会增强，对样品的轰击，溅射能力也会增强，在试样的表面产生各种缺陷，因此，氮原子的扩散能力将会增强，渗氮的效率将会提高，使其在在较低的渗氮温度下保温一段时间实现渗层厚度增厚的工艺，具有经济高效、简单易行、节能环保、便于控制，可重复性强等一系列优点，其在渗氮压力为100Pa，360℃离子渗氮4h、6h和8h可获得的最大渗氮层厚度分别为22.2um、29.6um和51.7μm。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为渗氮压力400Pa，360℃渗氮8h的金相图片；

图2为渗氮压力100Pa，360℃渗氮8h的金相图片；

图3为渗氮压力80Pa，360℃渗氮8h的金相图片；

图4为渗氮压力120Pa，360℃渗氮8h的金相图片；

图5为渗氮压力160Pa，360℃渗氮8h的金相图片；