[发明专利]一种对45钢表面等离子复合渗层无损化耐磨处理的方法

说明书

本发明涉及一种对45钢表面等离子复合渗层无损化耐磨处理的方法，包括以下步骤：1、将调质处理后的45钢试样置入等离子真空炉中的阴极盘上，所述等离子真空炉包括阴极盘、Al‑Si合金源极盘、抽气系统、进气系统和冷却系统；2、进行等离子复合渗层处理。本发明采用真空等离子多元复合渗的方法，从45钢表面渗入离子态的N、Al和Si，在钢的表面形成高硬度的AlN、SiC相的复合渗层，提升表面硬度和耐磨性。硬度从原来的220HV提升至820HV‑5以上，深度达到0.1毫米级。处理温度在650℃以下，基本不破坏表面平整度，无需再热处理，无需再加工，实现表面无损化的耐磨处理。

技术领域

本发明涉及低硬度钢材的表面耐磨处理方法，特别涉及一种对45钢表面等离子复合渗层无损化耐磨处理的方法。

背景技术

机械设备中有许多零部件处于磨损的服役状态，需要用硬度高、耐磨损性能好的材质制造。例如袜机等小型精密机械中的某些小尺寸刀具零件、滑轨匝道等，既需要一定冲击韧度，又需要耐磨，硬度要求62HRC以上(等同于820HV-5以上)，目前大多选用合金工具钢(如Cr12MoV)来制造。合金工具钢材料成本及制造成本都较高，加工前需做球化退火处理、加工后还需做淬火回火处理；即使退火后的加工也并非如碳钢那样的容易。

对钢而言，耐磨性好往往伴随强韧性较差。在既需要强韧性又需要高耐磨性时，表面处理就成为了最优先考虑的方法。强韧性好、切削加工性能好同时价格又便宜的钢，最具代表性的就是45钢。

碳钢的表面硬化处理有表面淬火和化学热处理两类。最典型的是表面淬火、渗碳、渗氮。有以下几种情况可以考虑：

(1)45钢表面淬火：处理后硬度只有52HRC左右，达不到所要求的62HRC，而且表面淬火及低温回火后一般都需要进行精加工。

(2)45钢渗氮：渗氮后的表面硬度只有50HRC左右，达不到所要求的62HRC；

(3)40Cr渗氮：处理后表面硬度可能达到62HRC，但是40Cr在加工过程中由于加工硬化效应逐渐变得明显、致使加工越来越困难。

(4)45钢渗碳：虽然渗碳后的表面硬度可以达到62HRC以上，但是由于本身含碳量高，渗碳时间较长，而且渗碳过程是在900℃以上进行的，易变形，且表面质量在高温下被严重破坏，后期必须进行精加工。

对于那些小型精密耐磨零件，一旦加工成形后尺寸已然较小，再次加工变得困难，有的表面(例如需要耐磨的小尺寸沟槽)甚至已经无法加工了。因此，如何实现能对45钢的表面处理到硬度62HRC以上并达到一定深度，同时不破坏表面光洁度，可无需再加工，是目前小型精密耐磨零件表面处理的主要难点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种对45钢表面等离子复合渗层无损化耐磨处理的方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种对45钢表面等离子复合渗层无损化耐磨处理的方法，包括以下步骤：

步骤1、将调质处理后的45钢试样置入等离子真空炉中的阴极盘上，所述等离子真空炉包括阴极盘、Al-Si合金源极盘、抽气系统、进气系统和冷却系统；

步骤2、开启抽气系统对等离子真空炉内抽真空，等离子真空炉内气压至40-60Pa时启动阴极电源，调节阴极电压至500-700V，进入打弧阶段，持续3-5min；

步骤3、等离子真空炉进入升温阶段，当炉内气氛至530-570℃时，开启源极电源，并调节源极电压至480-520V，炉内气氛至580-620℃开始保温，阴极电压调节至650-750V，占空比调节至55-65％，在恒压恒温及恒定电压下保温4-6小时；保温过程中，当炉壁温度达到60-80℃时开启等离子真空炉冷却水循环系统；