[发明专利]镍铬钼钢表面机械化学渗碳处理硬耐磨涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种在镍铬钼钢表面提供一种特殊的渗碳处理方法，使用该方法能够在钢的表面形成一层纳米晶体表面，它是由一层α‑Fe和渗碳体组成的交替层。通过表面机械化学处理(SMCT)过程。SMCT采用旋转轮式喷丸机，配有供碳装置。采用球形钢球进行机械磨耗，在磨耗过程中不断加入碳粉，实现碳的机械合金化，从而实现镍铬钼钢的高耐磨性能。

技术领域

本发明涉及金属表面耐磨涂层的加工方法，尤其涉及一种Ni-Cr-Mo钢表面的机械热化学处理方法。

背景技术

喷丸是提高材料在静、动、循环载荷作用下性能的表面改性技术之一。该工艺可显著提高材料的疲劳寿命、断裂韧性和耐磨性。喷丸处理显著提高了底盘、弹簧、凸轮轴等汽车零部件的疲劳强度和寿命。本发明中，这一工艺被改进成一种新的技术，称为表面机械磨损处理(SMAT)。与喷丸相比，SMAT的冲击速度和能量较高，从而使表面产生严重的塑性变形。

我们认为SMAT可以通过较大的应变、每秒10³-10⁵范围内较高的应变率和多向重复加载来区别于传统的喷丸处理。这种广泛的塑性应变导致晶粒细化，从而有可能实现纳米晶体表面。同时证明了在SMAT过程中晶粒细化是通过位错细胞的形成、位错细胞向壁和亚晶界的转变以及随后向晶界的转变进行的，这一过程称为块体材料的自表面纳米结晶，它在设计新材料和新工艺中具有潜在应用前景。

SMAT产生的纳米晶表面由大量的晶界和结构缺陷如空位、位错、堆积缺陷、亚晶界等组成。这些缺陷作为原子扩散的通道，从而降低了扩散过程的活化能。SMAT作为渗氮、渗硼和渗铬的预处理手段，显著改善了扩散动力学。在500℃下进行2小时的气体氮化过程中，经SMAT预处理的铁的氮化层厚度是粗粒铁的两倍。即使在低至400℃的低温下，SMAT处理钢也可以进行有效的氮化处理。。

由于SMAT是一个非平衡过程，它会以缺陷的形式产生多余的存储能量。这些缺陷促进了表面和次表面的化学反应活性的增强。SMAT可以实现表面机械化学反应和机械合金化。

发明内容

本发明针对现有相关技术不足，发明一种能够显著提高镍铬钼钢表面渗碳耐磨性的涂层制备方法，其优势在于与传统渗碳方法相比，本发明提出的方法渗碳层厚度低70%，碳的机械扩散速率约为常规热化学扩散速率的1.524 x 10¹³倍，真正实现了耐磨涂层的轻薄性和耐用性兼顾的优势。

本发明的技术问题通过以下技术方案给予解决：

镍铬钼钢表面机械化学渗碳处理硬耐磨涂层的制备方法,其工作原理包括如下步骤：

采用表面机械磨损处理(SMAT)对镍铬钼钢带进行表面机械合金化处理。本发明装置的原理图如图1所示。该工艺采用印度AMCO公司生产的转轮式喷丸机。但工艺参数与常规喷丸工艺不同。在SMAT范围内固定冲击速度、能量、击球大小、碰撞频率和加工时间，实现严重的塑性变形。利用了高碳钢在调质和硬化条件下制成的直径为1毫米的球型钢球，其平均速度保持在50米/秒，碳浆速为0.1M/S，处理时间1h。选择这些参数的主要原因是为了避免表面裂纹产生严重的塑性变形，这有助于机械合金化/碳向钢表面扩散。

本发明的涂层微观结构分析表征技术问题通过以下方式给予解决：