[发明专利]一种奥氏体不锈钢渗铬氮化表面处理工艺

说明书

本发明属于核燃料制造领域，具体涉及一种奥氏体不锈钢渗铬氮化表面处理工艺，将工件埋入渗铬剂，再一同装入渗铬罐再入渗铬炉进行渗铬热处理，将工件置于高压真空气淬炉，渗铬层转化为渗铬氮化复合渗层，渗铬剂其成分为铬粉、填充剂和催化剂，渗铬热处理首先进行渗铬粉剂预处理及装载封装，再进行热处理；氮化处理包括清洗并干燥试样、工件和氮化炉，之后氮化炉进行渗氮热处理。渗铬剂配方避免了板结现象，对工造不易造成损伤，设计渗铬保温时间因素与渗层厚度之间的关系，控制渗铬层厚度，以及减小工件变形，固溶氮化工艺能够满足氮化要求，且消除了粉末渗铬过程对材料性能造成的不利影响。

技术领域

本发明属于核燃料制造领域，具体涉及一种不锈钢渗铬氮化表面处理工艺。

背景技术

在钠冷快堆特有要求的燃料组件及堆内构件的不锈钢零件表面处理技术中，或者用于民用的不锈钢零件表面硬化技术中，常常需要对氏体不锈钢零件表面渗铬氮化，其目的是为了避免在钠冷快中子堆内的部分零部件在辐照使用和操作中产生粘连，该技术是对不锈钢表面进行渗铬再进行氮化，达到表面有足够厚度和强度的硬化层，对零件予以加硬强化处理的一种表面处理工艺。

该技术曾是制约公司快堆燃料组件科研生产的技术瓶颈，因此必须自行研究突破和彻底掌握该技术。

常规不锈钢渗铬法渗铬层厚度无法达到技术要求的足够厚度，以及常用的氮化方法不能生成氮化二铬为主的渗层。现有公开文献资料的粉末渗铬、气体渗铬、盐浴渗铬等不适用于公司产品生产，按公开文献进行工艺试验不能得到结果的再现，由于是铬向含铬的不锈钢基体内部的浓度扩散，所以现有这些公开渗铬工艺的渗铬层非常薄或没有渗铬层，现有的常规氮化方法如氨氮化、离子辉光氮化等不能生成要求的氮化二铬，已知的固溶渗氮的工艺方法对经表面渗铬后的氮化影响深度和氮化二铬生成比例不能达到比例要求。目前，已知的开展渗铬氮化复合处理的研究和服务的国内外机构极少，仅能对俄罗斯快堆试样外观比较，和对给我们提供过服务的上海工艺所比较。上海工艺所与我们工艺方案是粉末渗铬后纯氮固溶氮化，俄罗斯为粉末渗铬后用氨氮化。俄罗斯的氮化工艺因涉及危化品使用，国内无高温下的氨氮化工艺设备，无法实施验证。

早年曾为我公司提供过该工艺外协的单位(上海工艺所)实际上也并未掌握该技术，工艺结果不可控，质量极不稳定，连续报废数炉零件，成功率低下，渗层厚度仅在下限，让步接收，多次工艺调整后参数均无法提高，Cr₂N占比更是无法确定，甚至后期的试验样经XRD检测根本就没有生成复合渗铬氮化层，既无CrN无Cr₂N生成。

据了解，国内已运行的实验快堆、和在建的示范快堆等钠冷堆有大量的需要表面做渗铬氮化处理的不锈钢堆芯部件，该工艺是国内实验快堆、示范快堆等钠冷堆组件生产的重要工艺，应用前景良好。渗铬氮化表面处理工艺是阻碍公司为原子能研究院CEFR实验组件批量生产中最后一个工艺技术障碍。

所以，目前国内尚无稳定可靠的渗铬氮化表面处理工艺技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种奥氏体不锈钢渗铬氮化表面处理工艺，能够对316Ti、15-15Ti、CN-1515以及304等奥氏体不锈钢材质的操作头、上过渡接头等工件的表面进行渗铬氮化处理，以达到提高其表面硬度和耐腐蚀性，防止扩散性咬合、擦伤、磨损的目的。

本发明的技术方案如下：

一种奥氏体不锈钢渗铬氮化表面处理工艺，包括如下步骤：

步骤一、渗铬处理

将工件埋入渗铬剂，再一同装入渗铬罐再入渗铬炉进行渗铬热处理；

步骤二、氮化处理

将工件置于高压真空气淬炉，渗铬层转化为渗铬氮化复合渗层。

所述的步骤一中的渗铬剂其成分为铬粉、填充剂和催化剂。