一种快速离子渗氮方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种快速离子渗氮方法。
【背景技术】
[0002]在工程应用中,离子渗氮是一种应用较为广泛的表面热处理技术,该技术主要是通过阴极溅射产生活性的氮原子,在试样表面富集且不断向基体内部扩散,最终形成渗氮层。
[0003]喷砂处理作为一种表面预处理方法,不仅能够去除金属表面杂质与氧化皮,同时还能改变材料表面结构与性能。
[0004]在化学热处理技术中,渗氮技术包含气体渗氮、离子渗氮、盐浴渗氮等。离子渗氮和盐浴渗氮虽可以获得一定厚度的渗氮层,但前两者渗氮周期较长,设备资源利用率不高,而后者则容易对环境造成污染,具有一定的危害性。此外,单一的渗氮技术往往要花费过长的时间才能达到理想的改性层。
[0005]虽然相比于其他的表面改性技术,离子渗氮技术具有渗氮温度低、工件变形小以及无污染等优势。但单一的离子渗氮周期较长,极易造成资源浪费,为了扩大离子渗氮技术的进一步广泛应用,如何缩短生产周期,提高资源利用率和渗氮效率一直是人们密切关注的问题,而采取喷砂处理+离子渗氮方法能够减少资源的浪费,同时提高生产效率。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是:基于上述问题,本发明提供一种快速离子渗氮方法。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是:一种快速离子渗氮方法,包括以下步骤:
[0008](I)将原始态钢加工切割成试样;
[0009](2)将试样先后进行调质处理和打磨处理,打磨处理后在有机溶剂中进行超声清洗、吹干;
[0010](3)将试样进行喷砂处理,喷砂处理后在有机溶剂中进行超声清洗、吹干;
[0011](4)将试样置于离子氮化炉中,抽真空至1Pa以下,通入氢气溅射30min,炉内压力保持300Pa,氢气流量为500ml/min;将炉温升高到510°C,进行离子渗氮表面处理,保温时间为4h,保温结束后,试样冷却至室温。
[0012]进一步地,步骤(I)中原始态钢为优质碳素结构钢的一种,优选45钢,试样尺寸为1 Omm X 1 Omm X 1 Omnin
[0013]进一步地,步骤(2)中调质处理为先升温至840°C保温12min,水冷至室温,再升温至580°C保温30min,空冷至室温。
[0014]进一步地,步骤(2)中打磨处理为将试样分别用500#?2000#的SiC砂纸进行打磨至镜面,打磨处理后试样浸泡于无水乙醇中进行超声清洗15min。
[0015]进一步地,步骤(3)中喷砂处理为试样用46目棕刚玉砂进行喷砂,喷砂时试样与喷嘴之间的距离为5cm,角度呈45°,喷砂处理时间为<30min,喷砂处理后试样浸泡于无水乙醇中进行超声波清洗15min。
[0016]进一步地,步骤(4)中离子渗氮处理具体操作为:采用氢气和氮气混合气体,氮气与氢气的流量分别为200ml/min和600ml/min,气体压力保持在400Pa。
[0017]进一步地,步骤(4)中冷却方式为随炉冷却,冷却后采用DM1-3000M型光学金相显微镜观察截面显微组织,并测量化合物层厚度。
[0018]采用快速离子渗氮方法,处理后的试样表层获得优异的化合物层厚度。
[0019]本发明的有益效果是:(I)克服了离子渗氮渗层薄、渗氮效率低的缺点,喷砂处理时,砂粒在气流的作用下,不断冲击试样表面,使得试样表层产生塑性变形,引起位错等一系列表面缺陷;离子渗氮时,试样表层形成大量活性氢原子和氮原子,由于喷砂处理后间隙的形成,为氮原子和氢原子的扩散提供了更多的通道,从而促进活性氮原子的扩散和吸附,最终达到催渗的效果;(2)操作流程简单便捷,能够在短时间内提高渗氮速率与渗层厚度,具有高效、节能的优势。
【附图说明】
[0020]下面结合附图对本发明进一步说明。
[0021 ]图1是对比例得到的渗层显微组织图;
[0022]图2是实施例1得到的渗层显微组织图;
[0023]图3是实施例2得到的渗层显微组织图;
[0024]图4是实施例3得到的渗层显微组织图;
[0025]图5是45钢在不同工艺条件(不同喷砂处理时间+离子渗氮处理)下的化合物层厚度对比图。
【具体实施方式】
[0026]现在结合具体实施例对本发明作进一步说明,以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
[0027]对比例
[0028]I)将45钢加工成尺寸为1mmX 1mmX 1mm的试样;
[0029]2)将试样进行调质,先升温至840°C保温12min水冷至室温,再升温至580°C保温30min水冷至室温;
[0030]3)将试样分别用500#?2000#的SiC砂纸进行打磨至镜面;
[0031]4)将试样浸泡于20ml的无水乙醇中进行超声波清洗15min,去除试样表面氧化物和污渍,吹干待用;
[0032]5)将试样置于离子氮化炉中,抽真空至1Pa以下,通入氢气溅射30min,炉内压力保持300Pa,氢气流量为500ml/min ;通入氮气,氮气流量为200ml/min,氢气流量为600ml/min,压力保持为400Pa,将炉温升高到510°C,进行离子渗氮表面处理,保温时间为4h,保温结束后,试样随炉冷却至室温。
[0033]单一的离子渗氮工艺所获得的化合物层厚度约为10.0um,见图1和图5。
[0034]实施例1
[0035]I)将45钢加工成尺寸为1mmX 1mmX 1mm的试样;
[0036]2)将试样进行调质处理,先升温至840 °C保温12min,水冷至室温,再升温至580 V保温30min,水冷至室温;
[0037]3)将试样分别用500#?2000#的SiC砂纸进行打磨至镜面;
[0038]4)将试样浸泡于20ml的无水乙醇中进行超声波清洗15min,去除试样表面氧化物和污渍,吹干待用;
[0039]5)将试样进行喷砂处理,采用46目棕刚玉砂进行喷砂,喷砂时,试样与喷嘴之间的距离为5cm,角度呈45°,喷砂处理时间为5min。
[0040]6)将试样浸泡于20ml的无水乙醇中进行超声波清洗15min,去除试样表面残余砂粒和污渍,吹干待用;
[0041]7)将试样置于离子氮化炉中,抽真空至1Pa以下,通入氢气溅射30min,炉内压力保持300Pa,氢气流量为500ml/mi