高强度耐腐蚀精密活塞杆的表面处理方法与流程

本发明涉及活塞杆表面处理技术领域，具体是一种高强度耐腐蚀精密活塞杆的表面处理方法。

背景技术：

活塞杆是应用在油缸、气缸等运动执行部件中支持活塞做功的连接件，因运动频繁、频繁冲撞而需要较高的技术要求，因此活塞杆加工质量的高低直接影响包括活塞、活塞杆等整个产品的寿命和可靠程度，活塞杆加工中，下述基本要求制约了其加工工艺：1)足够的强度、刚度和稳定性，2)优异的耐磨性，以获得较好的加工过精度和表面粗糙度，3)表面硬度差值要较小，便于应用过程中维持其较高的精度，4)优良的耐烟雾腐蚀性。

现有技术公开号cn106191761a的中国发明专利，公开了一种低温盐浴碳氮共渗剂及其在活塞杆表面处理中的应用，该发明的碳氮共渗剂处理温度低，温度为450-500℃，时间短，为40-60min，疏松层浅，疏松层厚度≤5μm，同时能大幅度提高工件的硬度，可用于活塞杆表面处理中。然而依据该发明提供的低温盐浴碳氮共渗剂虽然可在低温下对活塞杆氮化处理，然而其表面硬度(hv0.1/15)不高于587，盐雾试验则未超过200h。另现有技术公开号cn106191847a的中国发明专利，公开了一种活塞杆钝化氧化剂及其在制备银灰色活塞杆中的应用，能够应用在制备银灰色活塞杆中，得到的活塞杆表面呈银灰色、硬度高，耐腐蚀、耐磨性强，废品率低、使用寿命长，该活塞杆钝化氧化剂，组分及含量(重量百分数)如下：硝酸钾：38-40％，重铬酸钾：26-28％，偏钒酸钠：20-22％，氯化钾：8-10％，亚硝酸钠：2％。活塞杆依据该发明方法的氮化-钝化氧化后，表面硬度(hv0.1/15)仅达到不高于570，而中性盐雾试验则仅达到144h。

结合上述背景技术，有必要开发一种有助于显著提升活塞杆强度、耐磨、耐腐蚀、可维持高高精密度的处理方法。

技术实现要素：

为解决上述背景技术中提及的至少一种技术问题，本发明的目的旨在提供高强度耐腐蚀精密活塞杆的表面处理方法，有助于显著的细化晶粒，提升活塞杆的强度和表面硬度均匀程度，利于长期保持较高精密度，其他过渡金属氧化物的添加可使得活塞杆获得异常优异的耐盐雾腐蚀性和耐磨性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案。

铁掺杂石墨烯在活塞杆表面处理中的应用，所述应用包括以含有铁掺杂石墨烯的碳氮共渗剂对活塞杆进行氮化处理。

所述应用在于提升活塞杆的晶粒度等级。

所述应用在于提升活塞杆的强度。

所述应用在于降低表面硬度差值。

铁掺杂石墨烯是以相对于石墨烯重量不低于50％的铁元素对石墨烯进行掺杂制得。

铁掺杂石墨烯的制备方法具体是：

将尿素加入不高于1mg/ml的氧化石墨烯分散液并充分搅拌，另取氯化铁水溶液与其混合，室温下加入双氧水持续搅拌不低于12h，离心去上清液，加入2-5倍蒸馏水后移入高压水热反应釜中，170-200℃反应至少12h，离心去上清液，烘干后置于820-850℃通氮气煅烧不低于3h，研磨至过200目筛即得。

双氧水的添加量是氧化石墨烯分散液体积的0.1-1％。

以足量氯化铁对氧化石墨烯进行掺杂改性，可在石墨烯片层中及表面附着原子态或纳米团簇形式的铁元素，以其为原料对活塞杆进行碳氮共渗时可以引入铁元素，而尿素的氮掺入以及石墨烯则能有助于氮碳共渗时与其他元素形成碳化物、氮化物或氮碳化合物，其质点限于晶界处，阻止再加热过程中奥氏体晶粒的成长，并可在再结晶过程中阻止奥氏体晶粒的再结晶的成长，细化晶粒，进一步显著提升活塞杆的强度和表面硬度均匀程度，降低表面硬度差值，活塞杆表面硬度均匀度高，可在长期使用后保持依然保持较高的精密度。

活塞杆表面处理用碳氮共渗剂，包括前述铁掺杂石墨烯。

活塞杆表面处理用碳氮共渗剂，按照重量百分比包括：

其中，所述其他过渡金属氧化物是钛、钴和铌的氧化物，且

m钛:(m钴+m铌)＝45-55:1，更优选48-55:1，最优选50:1。

m钴:m铌＝12-16:1，更优选14-15:1，最优选14:1。

本发明方案中，在传统碳氮共渗剂组分氧化铬、氧化钼、氧化钒、氧化镍、硼砂等的基础上，添加其他过渡金属氧化物如钛、钴和铌的氧化物，以本申请所述碳氮共渗剂氮化处理后，碳氮共渗剂的组分发生熔融，并在活塞杆表面形成渗层，其内包括钒、钛、钴和铌等元素的细小的碳化物和/或氮化物，将质点限于晶界处，阻止晶粒成长，细化晶粒，进一步限定所述其他过渡金属氧化物的摩尔比后，出乎意料的可使得活塞杆获得异常优异的耐盐雾腐蚀性和耐磨性，可能的原因是钛、钴和铌之间存在一定的相互制约关系，渗层晶粒细小，盐雾不易内渗，腐蚀通道无法迅速形成，因此耐盐雾腐蚀性能优异，此外，上述其他过渡金属氧化物的摩尔限定对于活塞杆处理后的强度和耐磨性能具有重要的影响。

前述所述碳氮共渗剂在对活塞杆进行表面处理中的应用。

活塞杆表面处理方法，包括：

加工完成的活塞杆超声清洗后以去离子水漂洗并烘干的清洗步骤；

清洗完成的活塞杆在800-1000℃保温至少2h然后冷却至500℃左右的预热步骤；

预热完成的活塞杆置于碳氮共渗剂中，并升温至900-1050℃，保温至少6h的氮化步骤；

氮化完成的活塞杆升温至1050-1100℃并保温至少4h的淬火步骤；

淬火完成的活塞杆置于冷却液中浸泡的冷却步骤；

冷却后的活塞杆在不低于300℃温度下保温至少2h后自然冷却的回火步骤。

预热步骤在惰性气体中完成。

氮化步骤在持续通入氨气下完成。

本发明方法中，首先在超声下清理活塞杆表面的油污等杂质，然后在惰性气体中完成预热，避免氧化发生，再在持续通入氨气条件下以碳氮共渗剂对活塞杆进行氮化处理，氨气受热生成活性氮原子参与进渗层中金属元素的氮化物的合成，共渗剂中的铁掺杂石墨烯、尿素和木炭中的碳元素也会部分参与金属元素的碳化物的合成，从而在渗层中形成诸多细小的碳氮化物，阻止晶粒成长，细化晶粒，进一步限定其他过渡金属氧化物的摩尔比后，活塞杆获得异常优异的耐盐雾腐蚀性和耐磨性，晶粒粒度可稳定的控制在6级或以上，活塞杆具有优异的强度和表面硬度均匀程度，可在长期使用后保持依然保持较高的精密度。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，得到具体实施方式。

本发明涉及到的原料或试剂均为普通市售产品，涉及到的操作如无特殊说明均为本领域常规操作。

本发明的有益效果为：

以铁掺杂石墨烯为原料对活塞杆进行碳氮共渗时可以引入铁元素，而尿素的氮掺入以及石墨烯则有助于氮碳共渗时与其他元素形成碳化物和/或氮化物，将质点限于晶界处，阻止再加热过程中奥氏体晶粒的成长，并可在再结晶过程中阻止奥氏体晶粒的再结晶的成长，细化晶粒，进一步显著提升活塞杆的强度和表面硬度均匀程度，降低表面硬度差值，活塞杆表面硬度均匀度高，可在长期使用后保持依然保持较高的精密度；氮化处理时，碳氮共渗剂的组分发生熔融，并在活塞杆表面形成渗层，其内包括钒、钛、钴和铌等元素的细小的碳化物和/或氮化物，阻止晶粒成长，细化晶粒，进一步限定所述其他过渡金属氧化物的摩尔比后，出乎意料的可使得活塞杆获得异常优异的耐盐雾腐蚀性和耐磨性，可能的原因是钛、钴和铌之间存在一定的相互制约关系，渗层晶粒细小，盐雾不易内渗，腐蚀通道无法迅速形成，因此耐盐雾腐蚀性能优异。

本发明为实现上述目的而采用了上述技术方案，弥补了现有技术的不足，设计合理，操作方便。

附图说明

为让本发明的上述和/或其他目的、特征、优点与实例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1是实施例1所得铁掺杂石墨烯的x射线衍射示意图；

图2是硬度均值和表面硬度差值示意图；

图3是渗层晶粒度等级示意图；

图4是中性盐雾耐腐蚀性结果示意图。

具体实施方式

本发明提供一种铁掺杂石墨烯在活塞杆表面处理中的应用，所述应用包括以含有铁掺杂石墨烯的碳氮共渗剂对活塞杆进行氮化处理。

所述应用在于提升活塞杆的晶粒度等级和/或提升活塞杆的强度和/或降低表面硬度差值。

所述铁掺杂石墨烯是以相对于石墨烯重量不低于50％的铁元素对石墨烯进行掺杂制得。

所述铁掺杂石墨烯的制备方法具体是：

将尿素加入不高于1mg/ml的氧化石墨烯分散液并充分搅拌，另取氯化铁水溶液与其混合，室温下加入双氧水持续搅拌不低于12h，离心去上清液，加入2-5倍蒸馏水后移入高压水热反应釜中，170-200℃反应至少12h，离心去上清液，烘干后置于820-850℃通氮气煅烧不低于3h，研磨至过200目筛即得。

尿素的添加量是氧化石墨烯重量的1-10倍。

铁元素的添加量不低于石墨烯重量的50％，更优选60-100％，最优选75％。

双氧水的添加量是氧化石墨烯分散液体积的0.1-1％。

搅拌的转速是120-600r/min。

离心的转速是1200-3000r/min，离心至少30min。

氮气的通入量是100-500ml/min。

本发明还提供一种活塞杆表面处理用碳氮共渗剂，包括前述铁掺杂石墨烯。

所述活塞杆表面处理用碳氮共渗剂，按照重量百分比包括：

其中，所述其他过渡金属氧化物是钛、钴和铌的氧化物，且

m钛:(m钴+m铌)＝45-55:1，更优选48-55:1，最优选50:1。

m钴:m铌＝12-16:1，更优选14-15:1，最优选14:1。

m钛、m钴、m铌分别是钛、钴和铌的氧化物的摩尔量。

钛的氧化物是tio2(相对分子质量以80计)，钴的氧化物是coo(相对分子质量以75计)，铌的氧化物是nbo2(相对分子质量以125计)。

本发明还提供前述所述碳氮共渗剂在对活塞杆进行表面处理中的应用。

本发明提供一种活塞杆表面处理方法，包括：

加工完成的活塞杆超声清洗后以去离子水漂洗并烘干的清洗步骤；

清洗完成的活塞杆在800-1000℃保温至少2h然后冷却至500℃左右的预热步骤；

预热完成的活塞杆置于碳氮共渗剂中，并升温至900-1050℃，保温至少6h的氮化步骤；

氮化完成的活塞杆升温至1050-1100℃并保温至少4h的淬火步骤；

淬火完成的活塞杆置于冷却液中浸泡的冷却步骤；

冷却后的活塞杆在不低于300℃温度下保温至少2h后自然冷却的回火步骤。

超声清洗的超声频率不低于80hkz、功率密度不低于0.5w/cm²、超声清洗时间不低于30min。

预热步骤在惰性气体中完成。

氮化步骤在持续通入氨气下完成。

冷却液组分包括：水80-90％、氯化钠5-10％、苹果酸1-3％、烷基苯磺酸钠1-3％、聚乙二醇1-3％、消泡剂0.5-1％。

本申请实施例所用活塞杆材质均是40crnimoa合结钢。

以下详细描述本发明。

实施例1：一种铁掺杂石墨烯：

本实施例提供一种铁掺杂石墨烯，配制浓度0.5mg/ml的氧化石墨烯分散液200ml，将0.3g尿素加入分散液并以300r/min转速充分搅拌15min，另取0.362g六水合氯化铁溶于100ml蒸馏水中并加入前述分散液，室温下加入1ml双氧水持续搅拌12h，1800r/min离心30min去上清液，加入4倍蒸馏水后移入高压水热反应釜中，180℃反应12h，1800r/min离心30min去上清液，烘干后置于845℃并在400ml氮气通入量下煅烧4h，研磨至过200目筛即得，其x射线衍射图如图1所示，图1中，30.0°、35.4°、43.0°、57.0°和62.6°对应四氧化三铁衍射峰位，而44.7°、65.0°和82.4°则对应铁原子衍射峰位，表明铁元素以四氧化三铁和铁原子两种形态掺杂入石墨烯中。

实施例2：另一种铁掺杂石墨烯：

本实施例提供另一种铁掺杂石墨烯，具体方法与实施例1基本相同，不同之处在于本实施例中以苹果酸代替尿素。

实施例3：一种掺杂石墨烯：

本实施例提供一种掺杂石墨烯，具体方法与实施例1基本相同，不同之处在于本实施例中未添加六水合氯化铁，仅将100ml蒸馏水加入石墨烯分散液以制备掺杂石墨烯。

实施例4：另一种铁掺杂石墨烯：

本实施例提供另一种铁掺杂石墨烯，具体方法与实施例1基本相同，不同之处在于本实施例中取0.121g六水合氯化铁溶于100ml蒸馏水中并加入石墨烯分散液以制备铁掺杂石墨烯。

实施例5：另一种铁掺杂石墨烯：

本实施例提供另一种铁掺杂石墨烯，具体方法与实施例1基本相同，不同之处在于本实施例中取0.241g六水合氯化铁溶于100ml蒸馏水中并加入石墨烯分散液以制备铁掺杂石墨烯。

实施例6：另一种铁掺杂石墨烯：

本实施例提供另一种铁掺杂石墨烯，具体方法与实施例1基本相同，不同之处在于本实施例中取0.482g六水合氯化铁溶于100ml蒸馏水中并加入石墨烯分散液以制备铁掺杂石墨烯。

实施例7：一种活塞杆表面处理方法：

本实施例提供一种活塞杆表面处理方法，具体步骤包括：

1)清洗：加工完成的活塞杆浸泡在去离子水中，在超声频率80hkz、功率密度0.6w/cm²条件下超声清洗时间45min，以去离子水漂洗并烘干；

2)预热：氮气氛围下，清洗完成的活塞杆在850℃保温2h，然后冷却至480℃；

3)氮化：配制碳氮共渗剂：实施例1所得铁掺杂石墨烯20％、尿素12％、氧化铬10％、氧化钼1.2％、氧化钒1.2％、氧化镍0.6％、硼砂10％、氧化钛4.905％、氧化钴0.085％、氧化铌0.01％、木炭余量，总计100％；预热完成的活塞杆置于碳氮共渗剂中，持续通入足量氨气并升温至950℃，保温氮化6h；

4)淬火：氮化完成的活塞杆升温至1050℃并保温4h；

5)冷却：淬火完成的活塞杆置于冷却液中浸泡，冷却液组分包括：水82.5％、氯化钠10％、苹果酸2％、烷基苯磺酸钠3％、聚乙二醇2％、消泡剂0.5％；

6)回火：冷却后的活塞杆在350℃温度下保温3h后自然冷却。

实施例8：一种活塞杆表面处理方法：

本实施例提供一种活塞杆表面处理方法，具体步骤包括：

1)清洗：加工完成的活塞杆浸泡在去离子水中，在超声频率100hkz、功率密度0.8w/cm²条件下超声清洗时间30min，以去离子水漂洗并烘干；

2)预热：氮气氛围下，清洗完成的活塞杆在900℃保温2h，然后冷却至520℃；

3)氮化：配制碳氮共渗剂：实施例1所得铁掺杂石墨烯14％、尿素10％、氧化铬8％、氧化钼1.2％、氧化钒1.5％、氧化镍0.5％、硼砂10％、氧化钛7.846％、氧化钴0.137％、氧化铌0.016％、木炭余量，总计100％；预热完成的活塞杆置于碳氮共渗剂中，持续通入足量氨气并升温至900℃，保温氮化9h；

4)淬火：氮化完成的活塞杆升温至1050℃并保温4h；

5)冷却：淬火完成的活塞杆置于冷却液中浸泡，冷却液组分包括：水84.5％、氯化钠10％、苹果酸2％、烷基苯磺酸钠1％、聚乙二醇20002％、消泡剂0.5％；

6)回火：冷却后的活塞杆在300℃温度下保温4h后自然冷却。

实施例9：一种活塞杆表面处理方法：

本实施例提供一种活塞杆表面处理方法，具体步骤包括：

1)清洗：加工完成的活塞杆浸泡在去离子水中，在超声频率90hkz、功率密度0.8w/cm²条件下超声清洗时间40min，以去离子水漂洗并烘干；

2)预热：氮气氛围下，清洗完成的活塞杆在900℃保温3h，然后冷却至500℃；

3)氮化：配制碳氮共渗剂：实施例1所得铁掺杂石墨烯16％、尿素13.5％、氧化铬12％、氧化钼1.4％、氧化钒1.4％、氧化镍0.8％、硼砂10％、氧化钛9.808％、氧化钴0.172％、氧化铌0.02％、木炭余量，总计100％；预热完成的活塞杆置于碳氮共渗剂中，持续通入足量氨气并升温至980℃，保温氮化8h；

4)淬火：氮化完成的活塞杆升温至1080℃并保温4h；

5)冷却：淬火完成的活塞杆置于冷却液中浸泡，冷却液组分包括：水85％、氯化钠7.5％、苹果酸2％、烷基苯磺酸钠3％、聚乙二醇2％、消泡剂0.5％；

6)回火：冷却后的活塞杆在400℃温度下保温2h后自然冷却。

实施例10：一种活塞杆表面处理方法：

本实施例提供一种活塞杆表面处理方法，具体步骤与实施例9基本相同，不同之处仅仅在于本实施例中的铁掺杂石墨烯由实施例2所得。

实施例11：一种活塞杆表面处理方法：

本实施例提供一种活塞杆表面处理方法，具体步骤与实施例9基本相同，不同之处仅仅在于本实施例中的掺杂石墨烯由实施例3所得。

实施例12：一种活塞杆表面处理方法：

本实施例提供一种活塞杆表面处理方法，具体步骤与实施例9基本相同，不同之处仅仅在于本实施例中的铁掺杂石墨烯由实施例4所得。

实施例13：一种活塞杆表面处理方法：

本实施例提供一种活塞杆表面处理方法，具体步骤与实施例9基本相同，不同之处仅仅在于本实施例中的铁掺杂石墨烯由实施例5所得。

实施例14：一种活塞杆表面处理方法：

本实施例提供一种活塞杆表面处理方法，具体步骤与实施例9基本相同，不同之处仅仅在于本实施例中的铁掺杂石墨烯由实施例6所得。

实施例15：一种活塞杆表面处理方法：

本实施例提供一种活塞杆表面处理方法，具体步骤与实施例9基本相同，不同之处仅仅在于本实施例的碳氮共渗剂中未添加氧化钴，缺量以木炭补充。

实施例16：一种活塞杆表面处理方法：

本实施例提供一种活塞杆表面处理方法，具体步骤与实施例9基本相同，不同之处仅仅在于本实施例的碳氮共渗剂中未添加氧化钴和氧化铌，缺量以木炭补充。

实施例17：一种活塞杆表面处理方法：

本实施例提供一种活塞杆表面处理方法，具体步骤包括：

1)清洗：加工完成的活塞杆浸泡在去离子水中，在超声频率90hkz、功率密度0.8w/cm²条件下超声清洗时间40min，以去离子水漂洗并烘干；

2)预热：氮气氛围下，清洗完成的活塞杆在900℃保温3h，然后冷却至500℃；

3)氮化：配制碳氮共渗剂：实施例1所得铁掺杂石墨烯16％、尿素13.5％、氧化铬12％、氧化钼1.4％、氧化钒1.4％、氧化镍0.8％、硼砂10％、氧化钛9.804％、氧化钴0.165％、氧化铌0.031％、木炭余量，总计100％；预热完成的活塞杆置于碳氮共渗剂中，持续通入足量氨气并升温至980℃，保温氮化8h；

4)淬火：氮化完成的活塞杆升温至1080℃并保温4h；

5)冷却：淬火完成的活塞杆置于冷却液中浸泡，冷却液组分包括：水85％、氯化钠7.5％、苹果酸2％、烷基苯磺酸钠3％、聚乙二醇2％、消泡剂0.5％；

6)回火：冷却后的活塞杆在400℃温度下保温2h后自然冷却。

实施例18：一种活塞杆表面处理方法：

本实施例提供一种活塞杆表面处理方法，具体步骤包括：

1)清洗：加工完成的活塞杆浸泡在去离子水中，在超声频率90hkz、功率密度0.8w/cm²条件下超声清洗时间40min，以去离子水漂洗并烘干；

2)预热：氮气氛围下，清洗完成的活塞杆在900℃保温3h，然后冷却至500℃；

3)氮化：配制碳氮共渗剂：实施例1所得铁掺杂石墨烯16％、尿素13.5％、氧化铬12％、氧化钼1.4％、氧化钒1.4％、氧化镍0.8％、硼砂10％、氧化钛9.756％、氧化钴0.091％、氧化铌0.152％、木炭余量，总计100％；预热完成的活塞杆置于碳氮共渗剂中，持续通入足量氨气并升温至980℃，保温氮化8h；

4)淬火：氮化完成的活塞杆升温至1080℃并保温4h；

5)冷却：淬火完成的活塞杆置于冷却液中浸泡，冷却液组分包括：水85％、氯化钠7.5％、苹果酸2％、烷基苯磺酸钠3％、聚乙二醇2％、消泡剂0.5％；

6)回火：冷却后的活塞杆在400℃温度下保温2h后自然冷却。

实施例19：一种活塞杆表面处理方法：

本实施例提供一种活塞杆表面处理方法，具体步骤包括：

1)清洗：加工完成的活塞杆浸泡在去离子水中，在超声频率90hkz、功率密度0.8w/cm²条件下超声清洗时间40min，以去离子水漂洗并烘干；

2)预热：氮气氛围下，清洗完成的活塞杆在900℃保温3h，然后冷却至500℃；

3)氮化：配制碳氮共渗剂：实施例1所得铁掺杂石墨烯16％、尿素13.5％、氧化铬12％、氧化钼1.4％、氧化钒1.4％、氧化镍0.8％、硼砂10％、氧化钛9.108％、氧化钴0.797％、氧化铌0.095％、木炭余量，总计100％；预热完成的活塞杆置于碳氮共渗剂中，持续通入足量氨气并升温至980℃，保温氮化8h；

4)淬火：氮化完成的活塞杆升温至1080℃并保温4h；

5)冷却：淬火完成的活塞杆置于冷却液中浸泡，冷却液组分包括：水85％、氯化钠7.5％、苹果酸2％、烷基苯磺酸钠3％、聚乙二醇2％、消泡剂0.5％；

6)回火：冷却后的活塞杆在400℃温度下保温2h后自然冷却。

实施例20：一种活塞杆表面处理方法：

本实施例提供一种活塞杆表面处理方法，具体步骤与实施例9基本相同，不同之处仅仅在于本实施例的冷却步骤中，将淬火完成的活塞杆置于冷却液中冷却至室温，冷却液组分包括：淬火完成的活塞杆置于冷却液中浸泡，冷却液组分包括：水84.5％、氯化钠7.5％、苹果酸2％、烷基苯磺酸钠3％、聚乙二醇2％、碳酸锂0.5％、消泡剂0.5％。

实验例1：

依据现有技术分别对实施例7-20不同方案处理过的活塞杆进行表观和物理测定，具体包括：以30倍放大活塞杆表面观察有无裂纹、缝隙，在万能试验机上对活塞杆进行抗冲击强度的测定，统计结果如表1所示。

表1、外观、强度和摩擦系数测定结果

由表1可以看出，本申请实施例7-20各方案所处理后的活塞杆表面均未发现裂纹、缝隙，表明碳氮共渗剂可与活塞杆本体紧密结合，而且渗层致密度高，有利于提升活塞该的机械性能，从表1中可知，优选实施方案实施例7-9及实施例13、14具有优异的抗冲击强度，相对于处理前提高了190-209％，强度发生了显著的提升，对比实施例9-14可以看出，石墨烯中铁的掺杂利于提升材料强度，可能的原因是活塞杆本体中含有铁元素，因此渗层易于附着于活塞杆表面，还有可能铁元素的加入可形成氮化铁和/或碳化铁和/或氧化铁等化合物，进一步强化渗层；从实施例15-19可知钛氧化物、钴氧化物和铌氧化物的添加有利于活塞杆强度的提升，而且其添加量对强度提升的强弱具有一定的影响；而对比实施例9和20可知，通过在冷却液中添加少量的碳酸锂有助于提升活塞杆的抗冲击强度，可能的原因是活塞杆表面处的碳酸锂发生微量的分解，从而析出氧化锂，将活塞杆表面形成微氧化膜破坏，利于提升冷却剂的冷却能力，从而在一定程度上提升了活塞杆的抗冲击强度。

实验例2：

分别对实施例7-20中各方案处理过的活塞杆进行洛氏硬度的检测，在活塞杆端部和中央随机选取5处进行测定，统计硬度均值和表面硬度差值(硬度最大值-硬度最小值)，统计结果如图2所示。由图2可以看出，石墨烯中掺杂铁利于提升活塞杆的硬度并降低表面硬度差值，即提升渗层均匀性，优选实施方案实施例7-9中可将活塞杆表面硬度差值降低至0.5及以内，渗层均匀度高，硬度大，在长期使用过程中可以保持较高的精密度；还能看出铁掺杂并非越多越好，较多的铁掺杂还会提升硬度差值，可能的原因是过量的铁掺杂会导致团聚而影响了渗层的均匀分布；另外可知其他过渡金属氧化物的添加对硬度的提升有益，但影响作用有限。

实验例3：

按照astme112测定实施例7-20中各活塞杆界面的渗层晶粒度等级，统计结果如图3所示，可知，实施例7-9及13-14中的方案处理过的活塞杆表面渗层晶粒度等级均不低于6级，渗层晶粒得到了较好的细化，从而有助于防腐蚀性能的保持；对比实施例10-14可以看出铁的掺杂对晶粒度等级的提升具有显著影响，适量铁的掺杂利于细化晶粒；对比实施例15-20可知，碳氮共渗剂中氧化钴和氧化铌的添加对于细化晶粒具有促进作用。

实验例4：

在ph6.5-7.2中性盐雾试验中分别测试实施例7-20处理活塞杆的耐腐蚀性能，检验其表面出现锈点的时间，统计结果如图4所示。由图4的图示可知，经实施例7-9及13、14方案处理的活塞杆具有较为优异的耐盐雾腐蚀性能，均不低于210h；同时可看出石墨烯的掺杂改性对于渗层提升活塞杆的耐盐雾腐蚀作用不显著；而碳氮共渗剂中的氧化钛、氧化钴和氧化铌的适量添加对于耐腐蚀性影响显著，具体是，未添加氧化钴和/或氧化铌时其耐中性盐雾腐蚀时间可降低至100h以下，而实施例17(钴铌摩尔比约9:1)和实施例18(钴铌摩尔比约1:1)中，昂贵金属氧化铌的过量添加反而不利于耐腐蚀性的提高，实施例19(钴铌摩尔量总和是钛摩尔量的约10％)中，氧化钴和氧化铌含量的同比例提升显然也于耐盐雾腐蚀性不利。

上述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，故在此不再详细赘述。

本发明未尽事宜均为公知技术。