專利名稱：一種經(jīng)表面復合處理的鑄鐵零件的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鑄鐵零件。
背景技術：
鑄鐵是一種常規(guī)金屬材料，廣泛用于制作各類設備機架、支架及滑動軸承座，但因硬度低，耐磨性差，耐蝕性差(常規(guī)的鑄鐵件的硬度為47(T530HV，摩擦系數(shù)為0. 4^0. 6，比磨損率為IlX 10_15)，使其應用受到較大限制；而鑄鐵中的石墨又會吸附很多氣體，導致所有涉及真空的處理工藝都不適于在鑄鐵上應用，致使鑄鐵的表面處理受到很大局限。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是克服上述背景技術的不足，提供一種經(jīng)表面復合處理的鑄鐵零件的改進，該鑄鐵件應具有較高的表面硬度、耐磨性和耐蝕性。本實用新型提供的技術方案是一種經(jīng)表面復合處理的鑄鐵零件，包括鑄鐵基體，其特征在于，在基體表面由內(nèi)而外依次包覆著厚度為2 310um的用于對鑄鐵基體中的石墨相進行封孔處理的預處理層、厚度為5 30um的硬質(zhì)耐磨層以及厚度為2. 5^8um的固體潤滑減摩層。所述預處理層為離子氮化層，或者是化學鍍層，或者是電鍍層。所述的離子氮化層包括從基體深處至基體表面依次包覆厚度為25 300um的擴散層和厚度為(TlOum的氮化白亮層；所述氮化白亮層中的氮原子的含量為5 40%。所述化學鍍層以及電鍍層均為鎳原子鍍層或鉻原子鍍層；鎳原子鍍層或鉻原子鍍層中摻有粒度為0. 5 IOum的金剛石粉或陶瓷改性粉，摻入比例為(Tl0%。所述的硬質(zhì)耐磨層從預處理層表面垂直方向自內(nèi)向外依次為Cr打底層、CrN過渡層、CrMoN合金鍍層；其中，Cr打底層厚度為0. 2 2um，成分為Cr ;CrN過渡層厚度為0. 3 2um，氮原子與鉻原子的比例為(T4. 3 I ;CrMoN合金鍍層厚度為3 30um，其中Cr原子的比例為20 30%，Mo原子的比例為20 30%，氮原子的比例為40 60%。所述的固體潤滑減摩層從硬質(zhì)耐磨層表面垂直方向自內(nèi)向外依次為純Cr打底層、過渡層、碳基固體潤滑層；其中，純Cr打底層厚度為0. 2 2um，成分為Cr ;過渡層厚度為0. 3^1. 5um，碳原子與Cr原子的比例是(T80:1，碳基固體潤滑層厚度為0. 8^5um,Cr原子與碳原子的原子比為I : 82 85。本實用新型的有益效果是由于所提供的鑄鐵件具有較高的表面硬度，較好的耐磨性能以及較強的耐蝕性(硬度達到1800mT2800HV，結(jié)合力Lc>80N，摩擦系數(shù)為0. 04 0. 07，比磨損率為0. 3X 10_16 0. 6X 10_16,開路電位為-0. 25V -0. 07V)，還提高了鑄鐵件在惡劣環(huán)境下的使用壽命，進而大幅度擴展了應用范圍，降低了制造成本。本實用新型提供的鑄鐵件表面復合處理方法，有效解決了鑄鐵件不宜真空處理的行業(yè)慣例，使真空表面處理方法應用于鑄鐵件，處理后的鑄鐵件的各項性能遠遠超過常規(guī)表面處理的水平。此外，該處理方法簡單，工藝穩(wěn)定且可重復性高，適合規(guī)?；a(chǎn)。
圖I為本實用新型所述鑄鐵件的表面鍍層結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖所示實施例進一步說明。如圖所示，該鑄鐵件中，在基體I表面由內(nèi)而外依次包覆著厚度為2 310um的預處理層2、厚度為5 30um的硬質(zhì)耐磨層3以及厚度為2. 5^8um的固體潤滑減摩層4 ;預處理層用于對鑄鐵基體中的石墨相進行封孔處理。所述的離子氮化層的擴散層中，氮含量從基體深處至基體表層越來越高。所述CrN過渡層中，氮原子與鉻原子的比例為(T4. 3 1，從預處理層表面垂直方 向自內(nèi)向外，是一個氮原子含量逐漸增多的過程。所述的固體潤滑減摩層的過渡層中，從硬質(zhì)耐磨層表面垂直方向自內(nèi)向外Cr原子逐漸減少，碳原子逐漸增多。本實用新型所述的對鑄鐵件表面的復合處理方法，通過閉合場非平衡磁控濺射離子鍍設備(外購設備)實現(xiàn)。除特別注明之外，本文所述比例均為原子數(shù)量比。實施例I表面經(jīng)1200#砂紙打磨過的滑動軸承座，用清洗溶劑(丙酮)進行超聲波清洗20分鐘，裝于離子氮化爐工件夾具上；腔體抽真空至40Pa以下，通入純度彡99. 9%的氮氣和氫氣的混合氣體(氮氣和氫氣的混合比例為1:3 1:6)，加電壓40(T800V，先進行打弧清理；待穩(wěn)定后，逐步提高腔體氣壓，增大電流強度，使工件升溫進行氮化擴散。腔體氣壓為20(T600Pa，氮化的溫度控制在50(T520°C，保溫時間10h。將氮化好的工件放入非平衡磁控濺射離子鍍設備的真空室的旋轉(zhuǎn)試樣架上，氬氣流量IOsccm時真空度2Pa，用500V偏壓等離子體轟擊清洗基體表面20分鐘。偏壓-65V時沉積Cr打底層5min，Cr靶輸入功率2kW ;接著通入氮氣并逐漸增加氮氣流量鍍制CrN過渡層，時間60min，其它參數(shù)與制備Cr打底層一樣；最后打開Mo靶，靶輸入功率2kW，時間8小時，其它參數(shù)與上一步驟一樣。在整個鍍制過程中，脈沖偏壓的參數(shù)為頻率500kHz，脈沖寬度250ns，工件所在的旋轉(zhuǎn)試樣架的轉(zhuǎn)速是5rpm。工件冷卻后取出，直接放入另一非平衡磁控濺射離子鍍設備的真空室的旋轉(zhuǎn)試樣架上，氬氣流量IOsccm時真空度2Pa，用500V偏壓等離子體轟擊清洗基體表面20分鐘；偏壓-60V時沉積打底層5min，Cr靶輸入功率2kW。接著Cr靶的功率逐漸降低為0. 5kw,石墨靶的功率逐漸升高至2kw，其它參數(shù)與制備Cr打底層一樣，最后保持此參數(shù)沉積6小時。在整個鍍制過程中，脈沖偏壓的參數(shù)為頻率500kHz，脈沖寬度250ns，工件所在的旋轉(zhuǎn)試樣架的轉(zhuǎn)速是3rpm。所得工件根據(jù)以下方式檢測處理層的硬度用納米壓入儀測量，每一試樣在不同位置測量6點取平均值。處理層厚度分別用球坑儀和斷面掃描電鏡測定。處理層耐磨性和摩擦系數(shù)用球盤磨損試驗機測量，對磨材料為直徑5mm的WC-6%Co硬質(zhì)合金球，相對滑動速度200m/min，載荷20N，磨損時間30min。用HT3001劃痕儀定量測量鍍層的結(jié)合強度，測試其膜基破壞臨界載荷Lc，載荷從ION加到100N，滑動速度10mm/min。用PARC (EG&G Princeton Applied Research Corp)公司的 M2273 電化學綜合測試系統(tǒng)測量處理層的電化學腐蝕性能。檢測結(jié)果為擴散層厚度為80um,氮化白亮層厚度為5um。硬質(zhì)耐磨層厚度為27um ;其中，Cr打底層厚度為0. 3 y m，CrN過渡層厚度為2. 9 y m，CrMoN合金鍍層的總厚度為23. 8 ii m。固體潤滑減摩層的厚度是3. 2um,硬度是1800HV，結(jié)合力Lc>80N，摩擦系數(shù)為0. 05^0. 07，比磨損率為0. 5父10_16，開路電位(抗腐蝕指標)為-0. 28V。實施例2 鑄鐵活塞環(huán)(發(fā)動機活塞環(huán))經(jīng)化學除油一清洗一浸酸活化一冷水清洗一去離子水洗等之后，在電鍍?nèi)芤褐屑尤肓６葹镮um的陶瓷粉末并充分攪拌，其余按常規(guī)電鍍操作進行電鍍鉻作業(yè)，溫度58飛(TC，時間15 18min，完成之后取出工件，清洗，烘干后置于真空鍍層設備內(nèi)的旋轉(zhuǎn)試樣架上，其它所有實施過程和參數(shù)同實施例I。檢測結(jié)果是電鍍鉻層厚度為115 ym，陶瓷粉摻入重量比例為5% (比例為檢測結(jié)果)；硬質(zhì)耐磨層厚度為27um，固體潤滑減摩層的厚度是3. lum。硬度是1800HV，結(jié)合力Lc>80N,摩擦系數(shù)為0. 05 0. 07，比磨損率為0. 3X 10_16，開路電位為-0. 18V。實施例3鑄鐵發(fā)動機活塞桿，按照實施例I流程制備完成硬質(zhì)耐磨層，之后將工件放進非平衡磁控濺射離子鍍設備的真空室內(nèi)，氬氣流量IOsccm時真空度2Pa，用500V偏壓等離子體轟擊清洗基體表面20分鐘。偏壓-65V時，Cr靶輸入功率2kW，沉積打底層5min ;接著通入氮氣并逐漸增加氮氣流量鍍制過渡層，時間60min，其它參數(shù)與制備打底層相同；然后開啟射頻電源，電源為800V，并慢慢通入純度為99. 9%的乙炔氣體，其它參數(shù)與上一步驟相同。在整個鍍制過程中，脈沖偏壓的參數(shù)為頻率500kHz，脈沖寬度250ns，工件所在的旋轉(zhuǎn)試樣架的轉(zhuǎn)速是5rpm。檢測結(jié)果是擴散層厚度為80um,氮化白亮層厚度為5um。硬質(zhì)耐磨層厚度為27um，固體潤滑減摩層的厚度是2. 5um。硬度是2800HV，結(jié)合力Lc=80N，摩擦系數(shù)為0. 03 0. 05，比磨損率為0. 3X10—16，開路電位為-0. IOV。
權利要求1.一種經(jīng)表面復合處理的鑄鐵零件，包括鑄鐵基體，其特征在于，在基體表面由內(nèi)而外依次包覆著厚度為2 310um的用于對鑄鐵基體中的石墨相進行封孔處理的預處理層、厚度為5 30um的硬質(zhì)耐磨層以及厚度為2. 5^8um的固體潤滑減摩層； 所述預處理層為離子氮化層，或者是化學鍍層，或者是電鍍層； 所述的硬質(zhì)耐磨層從預處理層表面垂直方向自內(nèi)向外依次為Cr打底層、CrN過渡層、CrMoN合金鍍層； 所述的固體潤滑減摩層從硬質(zhì)耐磨層表面垂直方向自內(nèi)向外依次為純Cr打底層、過渡層、碳基固體潤滑層。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種經(jīng)表面復合處理的鑄鐵零件，其特征在于所述的硬質(zhì)耐磨層中，Cr打底層厚度為O. 2^2um ;CrN過渡層厚度為O. 3^2um ;CrMoN合金鍍層厚度為3 30um。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種經(jīng)表面復合處理的鑄鐵零件，其特征在于所述的固體潤滑減摩層中，純Cr打底層厚度為O. 2^2um ;過渡層厚度為O. 3^1. 5um，碳基固體潤滑層厚度為 O. 8 5um。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的一種經(jīng)表面復合處理的鑄鐵零件，其特征在于所述的離子氮化層包括從基體深處至基體表面依次包覆的厚度為25 300um的擴散層和厚度為(TlOum的氮化白亮層。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種經(jīng)表面復合處理的鑄鐵零件，其特征在于所述化學鍍層以及電鍍層均為鎳原子鍍層或鉻原子鍍層。
專利摘要本實用新型涉及一種鑄鐵零件。所要解決的技術問題是提供的鑄鐵件應具有較高的表面硬度、耐磨性和耐蝕性。技術方案是一種鑄鐵件，包括鑄鐵基體，其特征在于，在基體表面由內(nèi)而外依次包覆著厚度為2~310μm的用于對鑄鐵基體中的石墨相進行封孔處理的預處理層、厚度為5~30μm的硬質(zhì)耐磨層以及厚度為2.5~8μm的固體潤滑減摩層。所述預處理層為離子氮化層，或者是化學鍍層，或者是電鍍層。所述的離子氮化層包括從基體深處至基體表面依次包覆厚度為25~300μm的擴散層和厚度為0~10μm的氮化白亮層；所述氮化白亮層中的氮原子的含量為5~40%。
文檔編號C23C14/22GK202412822SQ201220023739
公開日2012年9月5日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權日2012年1月19日
發(fā)明者于磊, 周丹華, 張碧云, 李凡巧 申請人:浙江匯錦梯爾鍍層科技有限公司