[发明专利]一种提高马氏体不锈钢耐磨耐蚀性能的离子渗氮方法

说明书

本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种提高马氏体不锈钢耐磨耐蚀性能的离子渗氮方法。该方法包括以下步骤：先对不锈钢表面进行预处理，将核级马氏体沉淀硬化不锈钢进行超声清洗和机械打磨，再对其进行渗氮处理，其中离子渗氮的温度为410℃‑430℃；N₂和H₂的比例为1:3；电压为700V；渗氮时间设定为：1‑10h。通过上述步骤，使核级马氏体沉淀硬化不锈钢的表面获得具有一定深度的渗氮层，从而解决核级马氏体沉淀硬化不锈钢在服役过程中(高温高压水环境中)磨损和腐蚀的问题，提高核级马氏体沉淀硬化不锈钢在服役中(高温高压水环境中)的磨损性和耐腐蚀性能。

技术领域

本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种提高马氏体不锈钢耐磨耐蚀性能的离子渗氮方法。

背景技术

反应堆控制棒驱动机构轴承的转动性能和寿命直接影响到驱动机构的运行，是驱动机构中的关键零件。控制棒驱动机构的轴承分布于反应堆密封壳内，其即承受摩擦负荷的作用，同时又暴露在一回路水中，承受高温水的腐蚀，因此，获得具有优良的耐磨损及耐腐蚀性能的轴承材料，是保障反应堆安全稳定运行的关键之一。

目前，反应堆控制棒驱动机构轴承用马氏体沉淀硬化不锈钢材料(17-4PH)具有优良的耐腐蚀及综合力学性能，但是，尽管17-4PH不锈钢的强度高，但是表面硬度低，耐磨性不佳，特别是在反应堆严苛的腐蚀环境下，严重的降低了使用寿命。因此，研发在服役环境下具有优良耐磨性能的材料，成为提高控制棒驱动机构的行程的迫切需求。

表面处理技术是目前提高材料的耐腐蚀及耐磨损性能的有效技术手段，而离子渗氮是最有前途的不锈钢材料表面处理工艺之一，其利用光辉放电的物理现象，即能够对工件的表面进行离子溅射清洁，又能促进氮向工件内部扩散，获得具有一定深度的渗氮层，从而克服气体渗氮层薄的弱点。目前，离子渗氮技术成熟度高，在工业界已经有一定的应用，但是针对马氏体沉淀硬化不锈钢的离子渗氮技术尚未定型：含Cr的不锈钢在离子渗氮过程中，如果工艺控制不当，容易造成CrN颗粒析出，大幅度的降低材料的耐腐蚀性能；除此之外，17-4PH不锈钢的回火温度高(高于580℃)的情况下，容易发生过时效，导致材料的沉淀硬化效果消失，因此，离子渗氮的温度不能高于该温度，这就需要对17-4PH不锈钢的离子渗氮的工艺进行研究，从而能在保证其在高温高压水中耐腐蚀性能的前提下，提高其耐磨损性能。

目前国内已有一些针对奥氏体不锈钢的离子渗氮技术，比如《CN201610504576一种奥氏体不锈钢低温离子渗氮的方法》、《CN201710777401一种奥氏体不锈钢低温快速离子渗氮的方法》、《CN201710134695.6一种耐磨耐腐蚀的核级不锈钢》。此外，还有通过热处理、冶金等方法来改变轴承的耐磨耐腐蚀性的一些技术，比如《CN201610099747-一种耐磨耐腐蚀轴承》、《CN201310472021-一种粉末冶金耐磨耐腐蚀轴承材料及其制备方法》。

现有的离子渗氮技术主要针对奥氏体不锈钢进行，而且主要解决的是离子渗氮过程中渗氮层厚度薄、不均匀等问题，但奥氏体与马氏体具有不同的组织结构，用离子渗氮获得了同样的渗氮层厚度与均匀性，其抗磨损和腐蚀的性能也是不一样的。离子渗氮过程中也会导致渗氮层组织和性能的不同，因此并不能将奥氏体的离子渗氮方法简单的应用在马氏体沉淀硬化不锈钢上。而马氏体沉淀硬化不锈钢磨损和腐蚀的问题不只是与渗氮层的厚度与均匀性有关，还与渗氮层中的组织结构有关，目前没有关于利用离子渗氮技术，解决核级马氏体沉淀硬化不锈钢在服役过程(应用在反应堆高温高压水中)中磨损和腐蚀的问题。此外，虽然有一些针对轴承的热处理以及冶金技术，但均未给出其耐磨损与耐腐蚀的性能测试结果，仍然不能解决核级马氏体沉淀硬化不锈钢在服役过程中磨损和腐蚀的问题。

针对上述核级马氏体沉淀硬化不锈钢17-4PH在服役过程中容易发生腐蚀和磨损，使用寿命降低以及在离子渗氮过程中有CrN颗粒的析出，材料的耐腐蚀性能大大降低的问题，本发明正是结合了离子渗氮技术与高温高压水中性能测试手段，提供一种提高马氏体不锈钢(尤其是核级马氏体沉淀硬化不锈钢17-4PH)耐磨耐蚀性能的离子渗氮方法。

发明内容