專利名稱：鋼基體高能離子注入碳化鎢(wc)梯度材料制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼基體高能離子注入碳化鎢(WC)梯度材料制造技術(shù)，特別是一種應(yīng)用于金屬材料表面超耐磨合金層制備行業(yè)中，利用多種離子源、等離子體源發(fā)生設(shè)備，在特定環(huán)境中，在鋼基體材料的表面制備應(yīng)用性能優(yōu)越的超耐磨合金層，能夠滿足先進金屬表面改性要求的金屬表面富含碳化鎢合金的制造技術(shù)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代科技發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)中，很多重要設(shè)備及其零部件處在惡劣工作條件下，如高速、高溫、高壓、重載以及高酸堿度。金屬部件的磨損、腐蝕、氧化等形式的破壞過程也在加速進行，耐用性就成為發(fā)展生產(chǎn)、降低成本的限制環(huán)節(jié)之一。據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計，在失效的機械零部件中約75％屬于金屬磨損，金屬磨損還會造成機械設(shè)備運轉(zhuǎn)效率降低，工件更換或維修頻繁，能源消耗增加。
由于磨擦、磨損和腐蝕造成設(shè)備零部件的損壞，大多從表面開始，采用界面防護措施延緩和控制表面受損，成為提高零部件耐用性的有效方法。于是各種表面防磨工程技術(shù)應(yīng)運而生，鍍層、熱滲鍍、熱噴涂、堆焊、鍍膜以及高能束等技術(shù)日新月異。用這些技術(shù)制成的各種表面耐磨材料，以及高錳、高鉻、稀土耐磨鑄鐵(鋼)，鑄石，粘貼陶瓷等耐磨材料，組成了一個耐磨材料大家庭，各具特色，各顯耐磨神通，為科技和工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展建功立業(yè)。
但是，它們各自也存在很多先天不足1.各種耐磨鑄鐵(鋼)都具有鑄造鋼鐵的基本性能，但硬度、強度、韌性偏低，耐磨性不足；2.鑄石材料有一定耐磨性，價格較低，但重量太重，耐沖擊性能差，易突發(fā)內(nèi)應(yīng)力破壞事故，安裝和維修時不能現(xiàn)場切割和焊接；3.熱噴涂、堆焊耐磨層、粘貼陶瓷層所形成的硬面，耐磨性好，適應(yīng)面廣，但都與基體存在一個結(jié)合強度偏低的界面，在該界面處易產(chǎn)生耐磨層脫落而失去防磨作用；4.耐磨鍍膜，高能束熔敷耐磨層適應(yīng)面廣，但普通存在耐磨層太薄，費用太高問題。
在這種情況下，許多尋求耐磨材料的客戶，迫切希望研究生產(chǎn)出一種經(jīng)濟型的高級耐磨材料。他們提出的技術(shù)要求歸納起來有五條1.新耐磨材料的耐磨性要比普通耐磨材料高；2.新耐磨材料重量要輕，耐磨層厚度又不能太??；3.新耐磨材料應(yīng)該同時具備高的強度、硬度、韌性及抗疲勞性；4.新耐磨材料在使用中耐磨層不能因脫落、崩裂導(dǎo)致防磨失效；5.新耐磨材料應(yīng)具有合理的價格。
在目前使用的表面耐磨層制備技術(shù)中，同時達到這五項技術(shù)要求的幾乎沒有。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)和設(shè)備所存在的缺陷和不足提供一種鋼基體高能離子注入碳化鎢(WC)梯度材料制造技術(shù)。
本發(fā)明的基本原理是通過在低真空情況下適當(dāng)充入惰性氣體，且在異常輝光放電條件下，形成高能鎢離子和惰性氣體離子。首先將鋼基體進行氣體軟氮化處理后，然后在一定溫度下，將金屬鎢離子注入到鋼基體中，再對鎢進行碳化處理；或者首先將鋼基體進行氣體軟氮化處理后，再進行金屬鎢離子和碳離子的雙離子高能注入。
本發(fā)明可以在鋼基體的表層形成一定深度的、呈梯度變化的碳化鎢合金層，提高了金屬表面的硬度，改善了鋼制零部件的耐磨性和自潤滑性。
用本發(fā)明制造的產(chǎn)品具有高硬度、高強度、高耐磨、耐腐蝕等優(yōu)點，并顯著地提高了鋼制零部件的使用壽命。
具體實施例方式
1、把鋼基體置于真空室內(nèi)，在低真空情況下適當(dāng)充入惰性氣體，并將鎢材料置于陰極內(nèi)。在異常輝光放電條件下，產(chǎn)生高能鎢離子和惰性氣體離子。
2、從氣體離子源形成高能氮離子，將鋼基體進行氣體軟氮化處理。
3、在一定溫度下，將金屬鎢離子注入到鋼基體中。
4、將注入鋼基體中的鎢經(jīng)碳化處理，形成濃度呈梯度變化且有一定深度的碳化鎢合金層。
5、經(jīng)1和2處理后，直接注入進行金屬鎢離子和碳離子的雙離子高能注入，形成濃度呈梯度變化且有一定深度的碳化鎢合金層。
權(quán)利要求
1.一種鋼基體高能離子注入碳化鎢(WC)梯度材料制造技術(shù)，其特征在于把鋼基體置于真空室內(nèi)，在低真空情況下適當(dāng)充入惰性氣體，并將鎢材料置于陰極內(nèi)。在異常輝光放電條件下，產(chǎn)生高能鎢離子和惰性氣體離子。在一定溫度下，將金屬鎢離子注入到鋼基體中。
2.一種鋼基體高能離子注入碳化鎢(WC)梯度材料制造技術(shù)，其特征在于把鋼基體置于真空室內(nèi)，在低真空情況下適當(dāng)充入惰性氣體，在異常輝光放電條件下，形成高能氮離子，將鋼基體進行氣體軟氮化處理。
3.一種鋼基體高能離子注入碳化鎢(WC)梯度材料制造技術(shù)，其特征在于將注入鋼基體中的鎢經(jīng)碳化處理，形成濃度呈梯度變化且有一定深度的碳化鎢合金層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋼基體高能離子注入碳化鎢(WC)梯度材料制造方法，本發(fā)明通過在低真空情況下適當(dāng)充入惰性氣體，且在異常輝光放電條件下，形成高能鎢離子和惰性氣體離子。首先將鋼基體進行氣體軟氮化處理后，然后在一定溫度下，將金屬鎢離子注入到鋼基體中，再對鎢進行碳化處理；或者首先將鋼基體進行氣體軟氮化處理后，再進行金屬鎢離子和碳離子的雙離子高能注入。該方法可以在鋼基體的表層形成一定深度的碳化鎢合金層，提高了金屬表面的硬度，改善了鋼制零部件的耐磨性和自潤滑性。用本發(fā)明制造的產(chǎn)品具有高硬度、高強度、高耐磨、耐腐蝕等優(yōu)點，并顯著地提高了鋼制零部件的使用壽命。
文檔編號C23C10/00GK1940120SQ200510105780
公開日2007年4月4日 申請日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
發(fā)明者趙維揚, 田云峰, 徐實 申請人:包頭市中天宏遠科技有限公司