[发明专利]一种氮化渗铬层、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种氮化渗铬层、其制备方法及应用。所述的制备方法包括：采用辉光离子氮化技术，以高纯NH₃为氮源，至少在基材表层形成氮化层；以及，采用真空渗铬技术，在保护性气氛下，利用渗铬剂至少在经渗氮处理后的基材表层扩散渗铬，获得氮化渗铬层。本发明不仅改善了传统氮化技术温度高、传统渗铬技术中渗速慢、Cr₂N相形成困难、存在氧化等问题，实现了高性能氮化渗铬表面处理；并且，本发明所获氮化渗铬层具有高硬度、高耐磨且在液钠环境中具有良好的服役性能等特点，对在工况复杂条件下作业的零部件具有良好的防护作用，可以起到防紧固件咬死，自焊的作用，进而有效提高零部件的综合性能及服役寿命。

技术领域

本发明涉及一种氮化渗铬层，尤其涉及到一种基于辉光离子氮化技术和真空渗铬技术相结合的基材表面的氮化渗铬层及其制备方法与应用，属于热处理工艺技术领域。

背景技术

在钠冷快堆组件中使用了大量的轴承、齿条、抓手、紧固件等零部件，他们的使用环境很苛刻，如高温钠、振动、冲击、干摩擦等条件下机械摩擦副的自焊、腐蚀、磨损等问题尤为突出，其中里的关键零部件不能经常维修保养，为了满足上述要求，必须采用氮化渗铬技术确保不锈钢在上述工况下具有良好的服役性能。目前，现有技术中对不锈钢氮化渗铬的工艺报道很少，国内外将氮化和渗铬结合起来的研究较少。

氮化处理可以大幅度提高钢的表面硬度、耐磨性、抗咬合性能和疲劳性能，并且处理温度相对较低在相变温度以下进行，因而零件心部不会发生组织转变，而且渗氮后不需要进行淬火处理，所以氮化处理后工件变形小，因此已成为机械制造业中最重要的化学热处理工艺之一，但现有的氮化技术存在所需温度高、均匀程度低。

渗铬是在一定温度下，活性铬原子吸附在试样表面，并通过铬、铁、碳的相互扩散在钢表面形成铬的合金层，即高铬化合物的过程。渗铬后，钢的表面层与基体金属以金属化合物的形式相结合，结合键能很大，因此渗铬也可以称为表面铬的合金化。渗铬可以提高材料表面硬度、耐磨性、抗氧化性以及抗高温等性能。根据工艺过程的物理化学特性分类可将渗铬方法分为：固体法、液体法，液体渗铬环境污染大。

固体粉末渗铬层较在工业领域应用很多，它是将工件埋入渗铬剂，然后放入高温(1020～1100℃)密封容器并保温(10～13h)。以铬粉或者铁铬粉为渗铬剂，粉状Al(OH)₃为填充剂，卤化氨(如氯化氨、氟化氨)为催化剂。进行固体粉末渗铬的关键是加热容器的密封，以防止渗铬时内外气体对流，造成渗铬剂和工件氧化。虽然这些工艺相对简单，但存在加热温度高、时间长、铬消耗量大、渗层薄等缺点，限制了其广泛应用。又如，王晓荣等的发明专利(专利号：200810135237.5)等采用固体渗铬涂制备了一种渗铬渗氮层；但该技术氮化温度高，工件易氧化，易变形；难以生成Cr₂N相。彭晓等采用低温渗铬的方法以稀土氧化物改性渗铬层，但这些方法同样存在渗铬过程中渗速慢等缺陷。

因此，如何发展出一种具有高硬度、低磨损、Cr₂N含量高等特点且在液钠环境中具有良好的服役性能的氮化渗铬层及其制备技术，已经成为业界研发人员亟待解决的难题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种氮化渗铬层、其制备方法及应用，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种氮化渗铬层的制备方法，其包括：

采用辉光离子氮化技术，以NH₃为氮源，至少在基材表层形成氮化层；

采用真空渗铬技术，在保护性气氛下，利用渗铬剂至少在经渗氮处理后的基材表层扩散渗铬，形成渗铬层，获得氮化渗铬层。

在一些实施例中，所述制备方法具体包括：