本發(fā)明屬于金屬材料的表面強(qiáng)化處理領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及一種處理M50NiL軸承鋼的方法、強(qiáng)化M50NiL軸承鋼以及軸承。

背景技術(shù)：

M50NiL鋼的成分相比于傳統(tǒng)的軸承鋼M50鋼，降低了C元素的含量，增加了合金元素Ni，并且添加了很多其它種類的合金元素，如Mn，Mo，其中Ni元素提高芯部韌性而增加抗斷裂性能，因而是航空軸承上大量使用的高溫軸承材料。由于目前應(yīng)用于航空工業(yè)軸承的服役工況條件越來越惡劣，處于重載、高速、高溫等較惡條件下工作，所以對材料的力學(xué)等方面的性能提出更高要求，M50NiL相比普通的軸承材料具有較高的抗高溫性能，但由于此材料含有較多的鎳，軸承的強(qiáng)度和抗接觸疲勞性能仍不能滿足重負(fù)載和高速高溫工況條件下的軸承性能需求。

因此，現(xiàn)有的處理M50NiL軸承鋼的技術(shù)有待進(jìn)一步改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種處理M50NiL軸承鋼的方法、強(qiáng)化M50NiL軸承鋼以及軸承，該方法可以顯著提高M(jìn)50NiL軸承鋼的抗磨損、抗接觸疲勞性能，并且該方法注入和低能轟擊擴(kuò)滲處理一次完成，明顯降低了傳統(tǒng)熱處理帶來的環(huán)境污染和高耗能，提高了處理效率。

在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種處理M50NiL軸承鋼的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述方法包括：

(1)采用離子束在所述M50NiL軸承鋼表面進(jìn)行氮離子和碳離子共滲；

(2)采用離子束在步驟(1)得到的M50NiL軸承鋼表面注入第一稀土離子；

(3)采用離子束在步驟(2)得到的M50NiL軸承鋼表面注入第二稀土離子；

(4)采用離子束對步驟(3)得到的M50NiL軸承鋼進(jìn)行注入處理；

(5)采用離子束在步驟(4)得到的M50NiL軸承鋼表面交替注入金屬離子和氣體離子，以便得到強(qiáng)化M50NiL軸承鋼。

由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的處理M50NiL軸承鋼的方法通過在氮碳共滲以后注入稀土元素可以對軸承鋼表面滲層組織結(jié)構(gòu)、性能以及擴(kuò)滲速率上有一定的影響，稀土元素可以縮短滲氮時間、提高滲層表面硬度，能夠促進(jìn)滲入介質(zhì)的分解，并且稀土原子通過滲入鋼件表面后增大鋼件面畸變程度來提高鋼件的表面能，從而增強(qiáng)了對C、N等原子的捕捉能力，同時稀土元素也可以作為一種催化劑使軸承鋼表面氮濃度升高進(jìn)而提高軸承鋼表面的硬度、耐磨性等力學(xué)性能。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的處理軸承鋼的方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，步驟(1)～步驟(5)是在真空度為3.0×10^-4Pa～1.8×10^-3Pa條件下進(jìn)行的。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(1)中，采用離子束在所述軸承鋼表面進(jìn)行氮離子和碳離子共滲的離子注入能量為70KeV～100KeV，時間為1～2小時。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述第一稀土離子為鈰離子，所述第二稀土離子為釔離子，任選的，所述第一稀土離子和所述第二稀土離子的注入劑量分別獨(dú)立地為0.3×10¹⁷ions/cm²～0.7×10¹⁷ions/cm²，優(yōu)選0.5×10¹⁷ions/cm²。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(4)中，采用氮離子束對步驟(3)得到的軸承鋼進(jìn)行注入處理，注入能量為40KeV～70KeV，時間為1～2小時，優(yōu)選注入能量為50KeV，時間為2小時。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(5)中，所述金屬離子為鋯離子、鈦離子或鉻離子，所述氣體離子為氮離子。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(5)中，注入所述氣體離子采用純度為99.99％的氣體源，注入能量為70KeV～100KeV，注入劑量為1.0×10¹⁷ions/cm²～4.0×10¹⁷ions/cm²，注入所述金屬離子采用純度為99.98％的金屬靶材，注入能量為50KeV～80KeV，注入劑量為1.2×10¹⁷ions/cm²～4.5×10¹⁷ions/cm²。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述處理M50NiL軸承鋼的方法進(jìn)一步包括：采用離子束在所述M50NiL軸承鋼表面進(jìn)行氮離子和碳離子共滲之前，預(yù)先對所述M50NiL軸承鋼表面進(jìn)行去油脂、去銹點(diǎn)、去雜質(zhì)、去有機(jī)物殘留、超聲清洗。

在本發(fā)明的第二個方面，本發(fā)明提出了一種強(qiáng)化M50NiL軸承鋼。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述強(qiáng)化M50NiL軸承鋼是采用上述所述的方法得到的。由此，使得所得強(qiáng)化M50NiL軸承鋼具有優(yōu)異的抗磨損、抗接觸疲勞性能。

在本發(fā)明的第三個方面，本發(fā)明提出了一種軸承。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述軸承是采用上述所述的強(qiáng)化M50NiL軸承鋼制備得到的。由此，該軸承具有優(yōu)異的抗磨損、抗接觸疲勞性能，從而顯著提高其使用壽命。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的處理M50NiL軸承鋼的方法流程示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明再一個實(shí)施例的處理M50NiL軸承鋼的方法流程示意圖；

圖3是未強(qiáng)化和強(qiáng)化后的M50NiL軸承鋼的納米壓痕硬度對比曲線；

圖4是未強(qiáng)化和強(qiáng)化后的M50NiL軸承鋼的摩擦磨損性能對比曲線。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

本申請是基于本申請發(fā)明人的下列發(fā)現(xiàn)完成的：M50NiL軸承鋼相比普通的軸承材料具有較高的抗高溫性能，但由于此材料含有較多的鎳，軸承的強(qiáng)度和抗接觸疲勞性能仍不能滿足重負(fù)載和高速高溫工況條件下的軸承性能需求。軸承材料一般失效剝落坑都在1μm以內(nèi)，所以根據(jù)軸承工作特點(diǎn)，重點(diǎn)考慮在保證軸承抗沖擊斷裂性能的前提下，重點(diǎn)在表面到1μm的次表面內(nèi)進(jìn)行改性強(qiáng)化。軸承材料需要較低的摩擦系數(shù)和高的耐磨損性能，這就要求軸承鋼保持一定的硬度和強(qiáng)度。但是，硬度過高，容易引起斷裂，這就要求軸承滾道具有表面高強(qiáng)高硬，芯部具有較好的韌性。另外，還發(fā)現(xiàn)盡管經(jīng)過熱處理能夠在一定的次表面深度增強(qiáng)材料的硬度，但是材料在一定的接觸應(yīng)力下，容易引起次表面疲勞破壞，這就要求次表面一定深度內(nèi)還要具有較高的抗接觸疲勞破壞能力。滲碳、滲氮等方法已經(jīng)獲得了成功的應(yīng)用。滲碳可以使工件表面獲得很高的硬度，提高其表面耐摩擦磨損的能力，不過滲碳可能會造成表面碳濃度過高或局部貧碳的問題，使材料表面耐磨性能受到影響；氮碳共滲的應(yīng)用可以有效地提高材料表面的耐磨性，抗疲勞性能和耐腐蝕性，但經(jīng)氮碳共滲處理后表面生成的化合物層脆性較大且會阻礙氮、碳元素的進(jìn)一步滲入，時間較長，溫度較高，材料需要二次回火，也會帶來環(huán)境污染和高耗能。本發(fā)明的發(fā)明人通過對M50NiL軸承鋼的強(qiáng)化工藝進(jìn)行積極探索，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，得到具有較高抗磨損、抗接觸疲勞性能的強(qiáng)化M50NiL軸承鋼。

為此，在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種處理M50NiL軸承鋼的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述方法包括：(1)采用離子束在所述M50NiL軸承鋼表面進(jìn)行氮離子和碳離子共滲；(2)采用離子束在步驟(1)得到的M50NiL軸承鋼表面注入第一稀土離子；(3)采用離子束在步驟(2)得到的M50NiL軸承鋼表面注入第二稀土離子；(4)采用離子束對步驟(3)得到的M50NiL軸承鋼進(jìn)行注入處理；(5)采用離子束在步驟(4)得到的M50NiL軸承鋼表面交替注入金屬離子和氣體離子，以便得到強(qiáng)化M50NiL軸承鋼。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過采用高溫氮碳共滲提高M(jìn)50NiL軸承鋼強(qiáng)度和韌性，離子束注入稀土元素可以形成特殊結(jié)構(gòu)和長程有序結(jié)構(gòu)，形成較強(qiáng)的化合物缺陷，細(xì)化晶粒，增強(qiáng)增韌，滿足抗疲勞和增加剪切系數(shù)、降低摩擦系數(shù)、增強(qiáng)元素的擴(kuò)散深度；離子束注入處理系統(tǒng)增強(qiáng)軸承鋼表面結(jié)構(gòu)性能；最后交替離子注入金屬元素和氣體元素制備最表層的強(qiáng)化功能層，從而可以顯著降低軸承鋼的摩擦系數(shù)和抗疲勞，增強(qiáng)耐磨損性能，同時通過采用上述特殊的離子束復(fù)合表面處理技術(shù)，在M50NiL材料表面制備強(qiáng)韌一體化的微納超結(jié)構(gòu)表面改性層，在基材表面形成1μm范圍內(nèi)的超強(qiáng)超硬和超韌復(fù)合功能梯度功能層，使M50NiL材料具有較高抗磨損，抗接觸疲勞性能，并且采用此種工藝，可以在增強(qiáng)M50NiL軸承鋼材料性能的基礎(chǔ)上，滲入和離子注入一次加工完畢，提高了效率，整個過程無污染，耗能也大大降低。

下面參考圖1對本發(fā)明實(shí)施例的處理M50NiL軸承鋼的方法進(jìn)行詳細(xì)描述。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：

S100：采用離子束在M50NiL軸承鋼表面進(jìn)行氮離子和碳離子共滲

該步驟中，采用離子束在M50NiL軸承鋼表面進(jìn)行氮離子和碳離子共滲。由此，通過對M50NiL軸承鋼表面進(jìn)行氮碳共滲可以使改性層從表面至內(nèi)部400μm的范圍內(nèi)形成一個高硬度平臺，離子注入氮碳共滲改性后材料強(qiáng)度和韌性都有所提高。

根據(jù)本發(fā)明的又一個實(shí)施例，采用離子束對M50NiL軸承鋼表面進(jìn)行氮離子和碳離子共滲的離子注入能量可以為70KeV～100KeV，時間可以為1～2小時。

S200：采用離子束在步驟S100得到的M50NiL軸承鋼表面注入第一稀土離子

該步驟中，采用離子束在步驟S100得到的M50NiL軸承鋼表面注入第一稀土離子，由此可以對M50NiL軸承鋼表面滲層組織結(jié)構(gòu)、性能以及擴(kuò)滲速率上有一定的影響，稀土元素可以縮短滲氮時間、提高滲層表面硬度，促進(jìn)滲入介質(zhì)的分解，并且稀土原子通過滲入鋼件表面后增大鋼件面畸變程度來提高鋼件的表面能，從而增強(qiáng)了對C、N等原子的捕捉能力，同時稀土元素也可以作為催化劑使M50NiL軸承鋼表面氮濃度升高進(jìn)而提高M(jìn)50NiL軸承鋼表面的硬度、耐磨性等力學(xué)性能。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，第一稀土離子的具體類型并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實(shí)施例，第一稀土離子可以為鈰離子。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，稀土元素鈰可以顯著優(yōu)于其他注入元素對前期氮碳共滲形成的化合物起到催化作用，并且對晶粒細(xì)化也有促進(jìn)作用，而且可以增加擴(kuò)滲的深度，從而顯著提高所得強(qiáng)化M50NiL軸承鋼的抗磨損、抗接觸疲勞性能。

根據(jù)本發(fā)明的再一個實(shí)施例，第一稀土離子的注入劑量并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實(shí)施例，第一稀土離子注入劑量可以為0.3×10¹⁷ions/cm²～0.7×10¹⁷ions/cm²，優(yōu)選0.5×10¹⁷ions/cm²。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，若注入劑量過低，共滲的深度達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求，而若注入劑量過高，稀土元素可能形成新的缺陷反而降低M50NiL軸承鋼材料的性能。

S300：采用離子束在步驟S200得到的M50NiL軸承鋼表面注入第二稀土離子

該步驟中，采用離子束在步驟S200得到的M50NiL軸承鋼表面注入第二稀土離子。由此，可以顯著提高M(jìn)50NiL軸承鋼的抗氧化性，進(jìn)而可以提高M(jìn)50NiL軸承鋼的綜合性能。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，第二稀土離子的具體類型并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實(shí)施例，第二稀土離子可以為釔離子。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過在M50NiL軸承鋼表面注入鈰離子的基礎(chǔ)上，再在M50NiL軸承鋼的表面注入釔離子，可以顯著提高M(jìn)50NiL軸承鋼的抗氧化性，進(jìn)而可以提高M(jìn)50NiL軸承鋼的綜合性能。

根據(jù)本發(fā)明的再一個實(shí)施例，第二稀土離子的注入劑量并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實(shí)施例，第二稀土離子注入劑量可以為0.3×10¹⁷ions/cm²～0.7×10¹⁷ions/cm²，優(yōu)選0.5×10¹⁷ions/cm²。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，若注入劑量過低，共滲的深度達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求，而若注入劑量過高，稀土元素可能形成新的缺陷反而降低M50NiL軸承鋼材料的性能。

S400：采用離子束對步驟S300得到的M50NiL軸承鋼進(jìn)行注入處理

該步驟中，采用離子束對步驟S300得到的M50NiL軸承鋼進(jìn)行注入處理。由此，可以顯著提高M(jìn)50NiL軸承鋼表面結(jié)構(gòu)性能，并且可以明顯降低現(xiàn)有技術(shù)中熱處理帶來的環(huán)境污染和高耗能，提高了處理效率。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，該步驟中的，可以采用氮離子束對步驟S300得到的M50NiL軸承鋼進(jìn)行注入處理，并且注入處理的注入能量可以為40KeV～70KeV，時間可以為1～2小時，優(yōu)選注入能量為50KeV，時間為2小時。

S500：采用離子束在步驟S400得到的M50NiL軸承鋼表面交替注入金屬離子和氣體離子

該步驟中，采用離子束在步驟S300得到的M50NiL軸承鋼表面交替注入金屬離子和氣體離子，從而可以得到強(qiáng)化M50NiL軸承鋼，并將得到的強(qiáng)化M50NiL軸承鋼放入丙酮中，超聲清洗20～30分鐘后烘干10～15分鐘，并將其真空密封封存。由此，通過采用交替離子注入金屬離子和氣體離子可以在M50NiL軸承鋼的最表層形成強(qiáng)化功能層，從而降低M50NiL軸承鋼的摩擦系數(shù)，提高抗疲勞和耐磨損性能。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，金屬離子可以為鋯離子、鈦離子或鉻離子，氣體離子可以為氮離子。

根據(jù)本發(fā)明的再一個實(shí)施例，注入氣體離子采用純度為99.99％的氣體源，注入能量為70KeV～100KeV，注入劑量為1.0×10¹⁷ions/cm²～4.0×10¹⁷ions/cm²，注入金屬離子采用純度為99.98％的金屬靶材，注入能量為50KeV～80KeV，注入劑量為1.2×10¹⁷ions/cm²～4.5×10¹⁷ions/cm²。具體的，該過程中，先注入氣體離子，再注入金屬離子。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，步驟S100～步驟S500是采用一體化離子注入設(shè)備進(jìn)行的，并且步驟S100～步驟S500是在真空度為3.0×10^-4Pa～1.8×10^-3Pa條件下進(jìn)行的。具體的，將M50NiL軸承鋼材料放到真空室工裝臺上，對真空室抽真空至真空度為3.0×10^-4Pa～1.8×10^-3Pa，真空室工裝臺沿自身軸線勻速緩慢旋轉(zhuǎn)的同時，用一體化離子注入設(shè)備對M50NiL軸承鋼材料進(jìn)行表面強(qiáng)化。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在真空條件下，采用離子束注滲復(fù)合和稀土元素強(qiáng)化協(xié)同的離子束復(fù)合表面處理技術(shù)對M50NiL軸承鋼進(jìn)行處理，離子注入氮碳共滲可以使改性層從表面至內(nèi)部400μm的范圍內(nèi)形成一個高硬度平臺，離子注入氮碳共滲改性后材料強(qiáng)度和韌性都有所提高，并且稀土元素對離子注入共滲過程有明顯的催滲作用，從而可以形成性能較高的耐熱M50NiL軸承鋼，同時由于M50NiL材料使用溫度更高，在注入稀土元素鈰的基礎(chǔ)上，注入稀土元素釔，進(jìn)一步增強(qiáng)抗氧化性，進(jìn)而提高M(jìn)50NiL軸承鋼的性能，并且本發(fā)明采用稀土元素進(jìn)行增強(qiáng)擴(kuò)滲，更精確控制熱處理深度和注入深度，提高了M50NiL材料的摩擦磨損，抗疲勞和耐腐蝕等綜合性，另外采用離子束注入處理系統(tǒng)增強(qiáng)表面結(jié)構(gòu)性能，采用交替離子注入金屬元素和氣體元素制備最表層的強(qiáng)化功能層，從而可以得到具有較高抗磨損、抗接觸疲勞性能的強(qiáng)化M50NiL軸承鋼。

參考圖2，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的處理M50NiL軸承鋼的方法進(jìn)一步包括：

S600：采用離子束在M50NiL軸承鋼表面進(jìn)行氮離子和碳離子共滲之前，預(yù)先對M50NiL軸承鋼表面進(jìn)行去油脂、去銹點(diǎn)、去雜質(zhì)、去有機(jī)物殘留、超聲清洗

具體的，首先用金屬除脂溶劑去除M50NiL材料上油脂，使其表面不能有油脂，然后將待處理的M50NiL材料放入無污染的四氯乙烯中浸泡10～30分鐘后取出，再用宣紙吸凈殘留溶劑后，最后用干凈的絲綢進(jìn)行擦拭；然后用金屬除銹溶劑浸泡清洗M50NiL材料10～30分鐘，去除材料表面銹點(diǎn)，接著將經(jīng)過上述前處理過的M50NiL材料放入丙酮中，超聲清洗20～30分鐘后取出使用干凈綢布擦干；然后將經(jīng)過上述前處理過的M50NiL材料放入酒精中，超聲清洗20～30分鐘后取出使用干凈綢布擦干，擦干時，在材料的光滑表面上沿同一方向進(jìn)行擦拭，保證其表面沒有水漬和雜質(zhì)殘留，同時不使用已經(jīng)被污染、浸濕的綢布對試件進(jìn)行擦拭；接著將處理過的M50NiL材料放入去離子水中，超聲清洗20～30分鐘后取出，逐個使用干凈綢布擦洗、擦干并放置于烘箱中烘干10～15分鐘。需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要對采用的金屬除脂溶劑和金屬除銹溶劑的具體類型進(jìn)行選擇，例如金屬除脂溶劑可以采用市售普通金屬除油脂溶劑，成分包括硅酸鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉、溶劑水等；清洗用的四氯乙烯為市售普通有機(jī)溶劑，也可用其他有機(jī)溶劑代替；金屬除銹溶劑可以為市售普通除銹劑，成分包括：有機(jī)酸、緩蝕劑、去離子水、表面活性劑等；清洗用的丙酮可以為市售普通有機(jī)溶劑，也可用其他有機(jī)溶劑代替。

在本發(fā)明的第二個方面，本發(fā)明提出了一種強(qiáng)化M50NiL軸承鋼。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述強(qiáng)化M50NiL軸承鋼是采用上述所述的方法得到的。由此，該強(qiáng)化M50NiL軸承鋼具有優(yōu)異的抗磨損、抗接觸疲勞性能。需要說明的是，上述針對處理M50NiL軸承鋼的方法所描述的特征和優(yōu)點(diǎn)同樣適用于該強(qiáng)化M50NiL軸承鋼，此處不再贅述。

在本發(fā)明的第三個方面，本發(fā)明提出了一種軸承。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述軸承是采用上述所述的強(qiáng)化M50NiL軸承鋼制備得到的。由此，該軸承具有優(yōu)異的抗磨損、抗接觸疲勞性能，從而顯著提高其使用壽命。需要說明的是，上述針對強(qiáng)化M50NiL軸承鋼所描述的特征和優(yōu)點(diǎn)同樣適用于該軸承，此處不再贅述。

下面參考具體實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行描述，需要說明的是，這些實(shí)施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本發(fā)明。

實(shí)施例1

首先用金屬除脂溶劑去除M50NiL軸承鋼材料上油脂，使其表面不能有油脂，然后將待處理的M50NiL軸承鋼材料放入無污染的四氯乙烯中浸泡30分鐘后取出，用宣紙吸凈殘留溶劑后，用干凈的絲綢進(jìn)行擦拭；再用金屬除銹溶劑浸泡清洗M50NiL軸承鋼材料20分鐘，去除材料表面銹點(diǎn)；然后將其放入丙酮中，超聲清洗20分鐘后取出使用干凈綢布擦干；接著將M50NiL軸承鋼材料放入酒精中，超聲清洗20分鐘后取出，使用干凈綢布擦干，擦干時，在材料的光滑表面上沿同一方向進(jìn)行擦拭，保證其表面沒有水漬和雜質(zhì)殘留，同時不使用已經(jīng)被污染、浸濕的綢布對試件進(jìn)行擦拭，最后將處理過的M50NiL軸承鋼放入去離子水中，超聲清洗20分鐘后取出，逐個使用干凈綢布擦洗、擦干并放置于烘箱中烘干15分鐘，得到前處理過的M50NiL軸承鋼；然后將得到的經(jīng)過前處理過的M50NiL軸承鋼材料放到真空室試樣臺上，抽真空至真空度為3.0×10^-4Pa后，真空室工裝臺沿自身軸線勻速緩慢旋轉(zhuǎn)的同時，用一體化離子注入設(shè)備對M50NiL軸承鋼材料進(jìn)行處理，先采用離子束在軸承鋼表面進(jìn)行氮離子和碳離子共滲，然后采用離子束在軸承鋼表面注入鈰離子，然后采用離子束在軸承鋼表面注入釔離子，接著采用氮離子束對得到的軸承鋼進(jìn)行注入熱處理，然后采用離子束在得到的軸承鋼表面交替注入鈦離子和氮離子，得到強(qiáng)化軸承鋼，并將得到的M50NiL強(qiáng)化軸承鋼放入丙酮中，超聲清洗20分鐘后烘干15分鐘，并將其真空密封封存。其中，采用離子注入方式同時進(jìn)行氮離子和碳離子共滲過程中離子注入能量為80KeV，時間為1小時，離子注入鈰離子和釔離子過程中，每一次注入稀土離子劑量均為0.5×10¹⁷ions/cm²，采用氮離子對軸承鋼進(jìn)行注入處理，注入能量為50KeV，時間為1小時，交替離子注入鈦離子和氮離子1次，先注入氮離子，再注入鈦離子，交替離子注入鈦離子和氮離子過程中，注入氮離子過程采用純度為99.99％的氮?dú)庠?，注入能量?0KeV，注入劑量為2.0×10¹⁷ions/cm²，注入鈦離子采用99.98％的金屬鈦靶材，注入能量為45KeV，注入劑量為3.0××10¹⁷ions/cm²。

實(shí)施例2

首先用金屬除脂溶劑去除M50NiL軸承鋼材料上油脂，使其表面不能有油脂，然后將待處理的M50NiL軸承鋼材料放入無污染的四氯乙烯中浸泡20分鐘后取出，用宣紙吸凈殘留溶劑后，用干凈的絲綢進(jìn)行擦拭；再用金屬除銹溶劑浸泡清洗M50NiL軸承鋼材料20分鐘，去除材料表面銹點(diǎn)；然后將其放入丙酮中，超聲清洗25分鐘后取出使用干凈綢布擦干；接著將M50NiL軸承鋼材料放入酒精中，超聲清洗25分鐘后取出，使用干凈綢布擦干，擦干時，在材料的光滑表面上沿同一方向進(jìn)行擦拭，保證其表面沒有水漬和雜質(zhì)殘留，同時不使用已經(jīng)被污染、浸濕的綢布對試件進(jìn)行擦拭，然后將處理過的M50NiL軸承鋼材料放入去離子水中，超聲清洗25分鐘后取出，逐個使用干凈綢布擦洗、擦干并放置于烘箱中烘干15分鐘，得到前處理過的M50NiL軸承鋼材料；然后將經(jīng)過前處理過的M50NiL軸承鋼材料放到真空室試樣臺上，抽真空至真空度為3.0×10^-4Pa后，真空室工裝臺沿自身軸線勻速緩慢旋轉(zhuǎn)的同時，用一體化離子注入設(shè)備對M50NiL軸承鋼材料進(jìn)行處理，先采用離子束在軸承鋼表面進(jìn)行氮離子和碳離子共滲，然后采用離子束在軸承鋼表面注入鈰離子，然后采用離子束在軸承鋼表面注入釔離子，接著采用氮離子束對得到的軸承鋼進(jìn)行注入處理，然后采用離子束在得到的軸承鋼表面交替注入鈦離子和氮離子，得到強(qiáng)化軸承鋼，并將得到的M50NiL強(qiáng)化軸承鋼放入丙酮中，超聲清洗20分鐘后烘干15分鐘，并將其真空密封封存，其中，采用離子注入方式同時進(jìn)行氮離子和碳離子共滲過程中離子注入能量為100KeV，時間為1小時，離子注入鈰離子和釔離子過程中，每一次注入稀土離子劑量均為0.5×10¹⁷ions/cm²，采用氮離子對軸承鋼進(jìn)行注入熱處理，注入能量為50KeV，時間為2小時，交替離子注入鋯離子、氮離子1次，先注入氮離子，再注入鋯離子，交替離子注入鋯離子和氮離子過程中，注入氮離子過程采用純度為99.99％的氮?dú)庠矗⑷肽芰繛?0KeV，注入劑量為1.5×10¹⁷ions/cm²，注入鋯離子采用99.98％的金屬鋯靶材，注入能量為40KeV，注入劑量為3.5××10¹⁷ions/cm²。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明在M50NiL軸承鋼材料芯部具有較高的抗沖擊斷裂性能的基礎(chǔ)上，通過采用采用離子束注滲復(fù)合和稀土元素強(qiáng)化協(xié)同的離子束復(fù)合表面處理技術(shù)，在基材表面形成1μm范圍內(nèi)的超強(qiáng)超硬和超韌復(fù)合功能梯度功能層，使此材料具有較高抗磨損，抗接觸疲勞性能，從而將其作為航空發(fā)動機(jī)軸承可以顯著提高航空發(fā)動機(jī)軸承的耐磨和抗接觸疲勞壽命，并且其還采用離子束注入處理增加注入元素的彌散擴(kuò)散，注入和擴(kuò)滲處理一次完成，減少了熱處理帶來的環(huán)境污染和高耗能。

離子束注滲復(fù)合和稀土元素強(qiáng)化協(xié)同的離子束復(fù)合表面處理技術(shù)，把微觀組織結(jié)構(gòu)(提升力學(xué)性能)+成分(化學(xué)化合物改善性能)+機(jī)械物理強(qiáng)化(機(jī)械制造次表層+稀土強(qiáng)力擴(kuò)滲)＝超出自然界和常規(guī)化學(xué)合成的結(jié)構(gòu)(具備超出常規(guī)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的力學(xué)和物理化學(xué)性能)，制備出M50NiL軸承鋼材料表面具有納米級尺寸的特殊結(jié)構(gòu)和性能影響深度15微米左右的功能區(qū)的表面超結(jié)構(gòu)材料。其打破常規(guī)材料的微觀結(jié)構(gòu)組成和化學(xué)結(jié)合規(guī)律，形成具有特殊性能和超出常規(guī)材料性能的一種新材料組成，是一般采用常規(guī)的冶煉和加工手段不能制備出的結(jié)構(gòu)和性能的新材料。參考圖3，對M50NiL強(qiáng)化軸承鋼材料(實(shí)施例2得到的強(qiáng)化軸承鋼)進(jìn)行納米壓痕硬度測試的結(jié)果表明，進(jìn)行注滲協(xié)同強(qiáng)化表面性能的技術(shù)強(qiáng)化后的M50NiL軸承鋼材料與未處理強(qiáng)化軸承鋼的硬度提高20％以上。并且參考圖4，對M50NiL強(qiáng)化軸承鋼材料(實(shí)施例2得到的強(qiáng)化軸承鋼)進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)后的結(jié)果表明，進(jìn)行注滲協(xié)同強(qiáng)化表面性能的技術(shù)強(qiáng)化后的M50NiL軸承鋼材料與未處理強(qiáng)化的軸承鋼摩擦磨損性能提高了近3倍。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。