[发明专利]一种高硬度耐磨损的不锈钢的制备方法

说明书

本发明提供一种高硬度耐磨损的不锈钢的制备方法，其步骤具体包括：首先对基体进行机械加工、热处理、打磨以及抛光处理，然后进行清洗、晾干，采用离子注入法进行钛和氮双元素的离子注入，然后在多弧离子镀膜机中沉积TiAlN薄膜层，再在多弧离子镀膜机中沉积VN薄膜层。本发明制备出的不锈钢具有较高的硬度、良好的可加工性、导电性、导热性等，同时本发明方法条件精确可控、不锈钢表面涂层功能性完整、成品率高。

技术领域

本发明涉及一种合金钢技术领域，具体涉及一种高硬度耐磨损的不锈钢。

背景技术

不锈钢指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢，又称不锈耐酸钢。实际应用中，常将耐弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异，前者不一定耐化学介质腐蚀，而后者则一般均具有不锈性。不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。

现代社会中，不锈钢具有极其广泛的用途，它既可应用于家用产品中，又可以用于工业生产中。随着人们对不锈钢越来越广泛的应用，其各项性能也逐渐提高。但目前现有技术中，仍未公开用于一些如各类高性能航空发动机等为代表的高温机械、要求实现从室温至高温的连续运转为代表的地质钻探领域等高技术装备领域的不锈钢，因为其硬度与耐磨性能达不到高强度作业的要求。因此，制备一种硬度髙、熔点高、稳定性好、摩擦系数低的不锈钢将是今后工业生产中一个重要的技术手段。

由申请公布号CN 104520472 A的专利可知，TiAlN作为涂层，具有极高的硬度、高弹性模量；由申请公布号CN 103726014 A的专利可知，VN作为涂层，其具有耐磨能力高、磨损率低效果。但由于TiAlN和VN组合涂层间、涂层与基体间存在很大的内应力、粘附性低等问题，从而导致薄膜发生分层、剥落和失效的问题；所以目前仍未公开采用TiAlN和VN组合的复合涂层，使不锈钢表面具有高硬度、自润滑(即耐磨能力高)的特性。

发明内容

针对以上技术难题，本发明目的在于提供一种高硬度耐磨损的不锈钢的制备方法，其制备出的不锈钢硬度髙、熔点高、稳定性好、摩擦系数低，可适用于航空发动机、地质钻探等高强度领域。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种高硬度耐磨损的不锈钢的制备方法，选用不锈钢为基体材料，其特征在于，它是通过以下步骤进行：首先对基体进行机械加工、热处理、打磨以及抛光处理，然后进行清洗、晾干，采用离子注入法进行钛和氮双元素的离子注入，然后在多弧离子镀膜机中沉积TiAlN薄膜层，再在多弧离子镀膜机中沉积VN薄膜层。

采用上述步骤制备高硬度耐磨损的不锈钢，有效减小了薄膜与基体的内应力，提高了薄膜与基体间的结合力，避免薄膜发生分层、剥落和失效等问题，保证制备高硬度耐磨损的不锈钢的成品率。

进一步，上述热处理需进行1240℃高温淬火以及三次560℃高温回火；所述打磨在磨床上进行，依次用800#、1000#、1500#水砂纸打磨；所述抛光处理在抛光机上进行、使用粒径为0.1μm的金刚石作为抛光剂。

进一步，上述清洗采用酸-碱处理液，先进行碱处理，再进行酸处理。

在采用离子注入前的预处理过程中，若基体表面存在划痕或基体硬度较低，进行酸-碱处理液处理时，酸-碱处理液会与基体表面发生反应，从而影响后续离子注入以及薄膜沉积。采用本发明的步骤组合以及处理工艺，在保证基体硬度的情况下确保基体表面的光滑程度，保证预处理后离子注入与薄膜沉积顺利进行，从而确保制备薄膜条件精确可控、薄膜功能完整。

进一步，上述离子注入法采用金属蒸汽真空弧(Metal Vapor Vacuum Arc，MEVVA)离子注入机；上述离子注入法为采用高纯钛作为靶材并通入氮气进行钛和氮双元素的离子注入。