[发明专利]一种提升真空渗碳效率的稀土注入处理方法

说明书

本发明提供的是一种提升真空渗碳效率的稀土注入处理方法。在真空渗碳之前，先对基材进行稀土铈离子注入处理，在基材表面形成50‑70nm厚的铈离子稀土注入层，再进行真空渗碳热处理。本发明利用稀土注入产生晶格畸变及稀土微合金化作用，来提高真空渗碳效率，降低渗碳温度、改善渗碳层质量。相比于现有稀土混合催渗剂的制备方法，本发明所采用的离子注入技术具有操作简单、无残渣、渗碳过程中无需分段控制碳势等优点，可在真空渗碳炉内完成催渗反应，且渗碳后渗层中碳化物细小、分布均匀，可实现渗碳温度的降低与速率的提升。

技术领域

本发明涉及的是一种材料的表面处理方法，具体地说是一种离子注入与真空渗碳相结合的表面处理方法。

背景技术

因真空渗碳是在真空条件下进行渗碳热处理，易于获得表面无晶间氧化的高硬度马氏体组织，同时心部兼具良好的韧性，其耐磨性和抗疲劳性能均优于传统渗碳，是目前汽车底盘、轴承、齿轮、活塞销等零部件强化的重要手段。但其仍存在渗碳温度较高，渗碳工艺生产周期较长等缺点，因此利用稀土催渗技术加速热处理过程，改善渗层质量，降低渗碳温度及能耗是此项技术的一个突破点。

稀土具有很低的电负性，化学活泼性很强，可以与碳、氮等间隙元素共渗，使被渗基体缺陷密度增殖，其在渗碳、渗氮等热处理中存在极大的应用价值。早在1988年就有人提出了使用混合稀土催渗剂进行渗氮、渗碳的思想，但所选用的无机稀土催渗剂在应用中存在稀土利用率较低、残渣量较大、催渗剂容易失效等问题。后期北京有色金属研究总院提出的名称为“一种化学热处理用有机稀土催渗剂”的专利申请，可以较好地解决无机催渗剂的堵塞管路问题，但是稀土催渗剂的组分比较复杂，对渗碳工艺环节中碳势、温度等参数控制要求较高，并且此种加入稀土催渗剂的方法并不适用于真空渗碳。

离子注入技术是利用高能量离子束将所需元素以离子态注入到材料中，在不改变材料原有尺寸及粗糙度的条件下，实现均匀掺杂。注入离子直接和材料表面原子或分子结合，形成改性层，改性层和基底材料没有清晰的界面，结合牢靠。离子注入技术常用于半导体掺杂改性及材料摩擦系数，提高耐磨性和耐蚀性，延长使用寿命方面，对于离子注入技术用于热处理催渗，改善真空渗碳效果的研究还鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能解决真空渗碳中渗层组织碳化物粗大、分散不均、渗碳周期长、效率低、温度高等问题的提升真空渗碳效率的稀土注入处理方法。

本发明的目的是这样实现的：

在真空渗碳之前，先对基材进行稀土铈离子注入处理，在基材表面形成50-70nm厚的铈离子稀土注入层，再进行真空渗碳热处理。

本发明的还可以包括：

1、所述进行稀土铈离子注入处理的注入电压为40～60KV，注入计量为1×10¹⁷ion/cm²～2 ×10¹⁷ion/cm²，注入温度为25～100℃。

2、所述真空渗碳热处理的真空渗碳温度为905℃～925℃，真空渗碳后过高温回火、淬火、冷处理及低温回火处理。

3、所述高温回火的处理温度为500～650℃，保温时间为1h～4h；所述淬火的温度为800～880℃，保温时间为0.5h～3h；所述冷处理的温度为-60～-150℃，保温为0.5h～3h；所述低温回火处理的温度为150～250℃，保温时间为1h～3h。

4、所述真空渗碳热处理采用环脉冲模式，按照渗碳气-冷却气-渗碳气-冷却气的次序进行，渗碳介质为乙炔，冷却气体为氮气，乙炔流量为1000～2000m³/h。

本发明属于热处理及表面工程等技术领域，具体涉及一种利用离子注入技术在材料表层引入稀土改性层，改善真空渗碳层质量、提高渗碳速率并降低渗碳温度的复合热处理方法。