本發(fā)明涉及一種金屬表面改性技術(shù)，具體地說是奧氏體不銹鋼表面非金屬離子滲入處理方法。

背景技術(shù)：

奧氏體不銹鋼是不銹鋼中最為常見的一種，其用量已經(jīng)占到不銹鋼總用量的70％。奧氏體不銹鋼具有無磁性、極好的抗蝕性、焊接性和生物相容性等優(yōu)點，在石油、食品生物、化工、海洋、航空、航天、醫(yī)學(xué)、國防等行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，但是由于奧氏體不銹鋼中含碳量很低，無法通過相變進行強化，硬度偏低(200～250Hv)導(dǎo)致其耐磨損性能較差，影響了其應(yīng)用空間。所以，在提高奧氏體不銹鋼硬度的同時保持其優(yōu)良的抗蝕性是當(dāng)前相關(guān)行業(yè)迫切需要解決的技術(shù)問題。

目前，我國常用的氣體氮化、離子氮化、QPQ技術(shù)雖然能大幅度提高奧氏體不銹鋼表面硬度，但是會導(dǎo)致奧氏體不銹鋼CrN化合物的大量析出，導(dǎo)致其抗蝕性能降低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明就是針對現(xiàn)有奧氏體不銹鋼硬度提高但抗蝕性會降低的技術(shù)問題，提供一種在提高硬度的同時保持其抗蝕性的奧氏體不銹鋼表面非金屬離子滲入處理方法。

一種奧氏體不銹鋼表面非金屬離子滲入處理方法，其步驟如下：

(1)裝夾清洗：將奧氏體不銹鋼產(chǎn)品裝夾并放入超聲波清洗儀中，清除產(chǎn)品表面的油污和臟物；

(2)預(yù)熱：將清洗過后的產(chǎn)品放入預(yù)熱爐中加熱升溫至380～400℃，保溫1～2小時使其表面呈金黃色；

(3)離子滲入：將離子滲入爐加熱升溫至400℃后至爐內(nèi)的氮化鹽完全溶解，保溫2小時后再放入預(yù)熱好的產(chǎn)品，然后在400～420℃狀態(tài)下保溫4～5小時；

(4)一次離子氧化：將離子氧化爐加熱升溫至360℃至氧化鹽完全溶解，然后放入經(jīng)離子滲入好的產(chǎn)品，在360～380℃狀態(tài)下保溫30～50分鐘；

(5)拋光：使用噴沙清除產(chǎn)品表面疏松層；

(6)二次離子氧化：同步驟(4)；

(7)離子鈍化：將二次離子氧化后的產(chǎn)品放入離子鈍化爐中，在120℃狀態(tài)下保溫40分鐘進行鈍化；

(8)清洗：用清洗濟去除鈍化后產(chǎn)品表面的油污，得到成品。

優(yōu)選地，步驟如下：

(1)裝夾清洗：將奧氏體不銹鋼產(chǎn)品裝夾并放入超聲波清洗儀中，清除產(chǎn)品表面的油污和臟物；

(2)預(yù)熱：將清洗過后的產(chǎn)品放入預(yù)熱爐中加熱升溫至380℃，保溫2小時使其表面呈金黃色；

(3)離子滲入：將離子滲入爐加熱升溫至400℃后至爐內(nèi)的氮化鹽完全溶解，保溫2小時后再放入預(yù)熱好的產(chǎn)品，在400℃狀態(tài)下保溫5小時；

(4)一次離子氧化：將離子氧化爐加熱升溫至360℃至氧化鹽完全溶解，然后放入經(jīng)離子滲入好的產(chǎn)品，在360℃狀態(tài)下保溫50分鐘；

(5)拋光：使用噴沙清除產(chǎn)品表面疏松層；

(6)二次離子氧化：同步驟(4)；

(7)離子鈍化：將二次氧化后的產(chǎn)品放入離子鈍化爐中，在120℃狀態(tài)下保溫40分鐘進行鈍化，離子鈍化爐采用20號機油；

(8)清洗：用清洗濟去除鈍化后產(chǎn)品表面的油污，得到成品。

優(yōu)選地，步驟(3)中氮化鹽完全溶解后氰酸根濃度為33％以上，當(dāng)濃度低于33％時適當(dāng)加入再生鹽提升氰酸根濃度。

優(yōu)選地，步驟(3)中若產(chǎn)品放入離子滲入爐時溫度降低超過40℃，應(yīng)降低產(chǎn)品的裝爐量。

優(yōu)選地，步驟(3)中氮化鹽成分及重量百分比如下：

碳酸鉀和碳酸鈉 42％

氰酸鉀和氰酸鈉 52.5％

碳酸鋰 5％

碳酸釔和硫酸鑭 0.5％。

優(yōu)選地，再生鹽成分及重量百分比如下：

三聚氰胺 49％

三聚氰酸 31％

尿素 20％。

優(yōu)選地，離子滲入爐和離子氧化爐坩堝材料為鈦。

本發(fā)明工藝流程合理、操作簡易；環(huán)保、可靠、變形??；通過在較低的溫度下進行離子滲入，保持奧氏體不銹鋼優(yōu)良抗蝕性的同時大幅度提高其耐磨性，從而大幅度提高了奧氏體不銹鋼的應(yīng)用范圍。

附圖說明

圖1為304不銹鋼非金屬離子滲入金相組織圖；

圖2為304不銹鋼斷面硬度梯度圖；

圖3為316不銹鋼非金屬離子滲入金相組織圖；

圖4為316不銹鋼斷面硬度梯度圖。

具體實施方式

本處理方法在奧氏體不銹鋼表面滲入[N]、[C]、[O]非金屬離子和微量[Y]、[La]稀土元素，改變其材料表面的組織結(jié)構(gòu)，形成[N]、[C]、[O]擴散層，F(xiàn)e₃N、Fe₄N、Fe₃C化合物層和Fe₃O₄氧化膜層，滲層厚度90-150μm,表面硬度大于1100HV_0.2，實現(xiàn)奧氏體不銹鋼大幅度提高耐磨性的同時保持優(yōu)良的抗蝕性。

實施例1

(1)裝夾清洗：將奧氏體不銹鋼產(chǎn)品裝夾并放入超聲波清洗儀中，清除產(chǎn)品表面的油污和臟物。

(2)預(yù)熱：將清洗過后的產(chǎn)品放入預(yù)熱爐中加熱升溫至380℃，保溫2小時使其表面呈金黃色，加熱方式為電加熱。

(3)離子滲入：將離子滲入爐加熱升溫至400℃后至爐內(nèi)的氮化鹽完全溶解(其氰酸根濃度大于33％以上，當(dāng)濃度低于33％時應(yīng)適當(dāng)加入再生鹽提升氰酸根濃度)，保溫2小時后再放入預(yù)熱好的產(chǎn)品，在400℃狀態(tài)下保溫5小時。若產(chǎn)品放入離子滲入爐時溫度降低超過40℃，應(yīng)降低產(chǎn)品的裝爐量。

(4)一次離子氧化：將離子氧化爐加熱升溫至360℃至氧化鹽完全溶解，然后放入經(jīng)離子滲入好的產(chǎn)品，在360℃狀態(tài)下保溫50分鐘。

(5)拋光：噴沙(190#玻璃珠)清除產(chǎn)品表面疏松層。

(6)二次離子氧化：同步驟(4)。

(7)離子鈍化：將二次氧化后的產(chǎn)品放入離子鈍化爐中，在120℃狀態(tài)下保溫40分鐘進行鈍化，離子鈍化爐采用20號機油。

(8)清洗：用清洗濟去除鈍化后產(chǎn)品表面的油污，得到成品。

本實施例對304奧氏體不銹鋼表面非金屬離子滲入處理后，其表面硬度為1163Hv_0.2，抗蝕性大于210小時；對316奧氏體不銹鋼表面非金屬離子滲入處理后，其表面硬度為1183Hv_0.2，抗蝕性大于260小時。

實施例2

(1)裝夾清洗：將奧氏體不銹鋼產(chǎn)品裝夾并放入超聲波清洗儀中，清除產(chǎn)品表面的油污和臟物。

(2)預(yù)熱：將清洗過后的產(chǎn)品放入預(yù)熱爐中加熱升溫至390℃，保溫1.5小時使其表面呈金黃色，加熱方式為電加熱。

(3)離子滲入：將離子滲入爐加熱升溫至400℃后至爐內(nèi)的氮化鹽完全溶解(其氰酸根濃度大于33％以上，當(dāng)濃度低于33％時應(yīng)適當(dāng)加入再生鹽提升氰酸根濃度)，保溫2小時后再放入預(yù)熱好的產(chǎn)品，在410℃狀態(tài)下保溫4.5小時。若產(chǎn)品放入離子滲入爐時溫度降低超過40℃，應(yīng)降低產(chǎn)品的裝爐量。

(4)一次離子氧化：將離子氧化爐加熱升溫至360℃至氧化鹽完全溶解，然后放入經(jīng)離子滲入好的產(chǎn)品，在370℃狀態(tài)下保溫40分鐘。

(5)拋光：噴沙(180#玻璃珠)清除產(chǎn)品表面疏松層。

(6)二次離子氧化：同步驟(4)。

(7)離子鈍化：將二次氧化后的產(chǎn)品放入離子鈍化爐中，在120℃狀態(tài)下保溫40分鐘進行鈍化，離子鈍化爐采用20號機油。

(8)清洗：用清洗濟去除鈍化后產(chǎn)品表面的油污，得到成品。

本實施例對304奧氏體不銹鋼表面非金屬離子滲入處理后，其表面硬度為1167Hv_0.2，抗蝕性大于219小時；對316奧氏體不銹鋼表面非金屬離子滲入處理后，其表面硬度為1192Hv_0.2，抗蝕性大于263小時。

實施例3

(1)裝夾清洗：將奧氏體不銹鋼產(chǎn)品裝夾并放入超聲波清洗儀中，清除產(chǎn)品表面的油污和臟物。

(2)預(yù)熱：將清洗過后的產(chǎn)品放入預(yù)熱爐中加熱升溫至400℃，保溫1小時使其表面呈金黃色，加熱方式為電加熱。

(3)離子滲入：將離子滲入爐加熱升溫至400℃后至爐內(nèi)的氮化鹽完全溶解(其氰酸根濃度大于33％以上，當(dāng)濃度低于33％時應(yīng)適當(dāng)加入再生鹽提升氰酸根濃度)，保溫2小時后再放入預(yù)熱好的產(chǎn)品，在420℃狀態(tài)下保溫4小時。若產(chǎn)品放入離子滲入爐時溫度降低超過40℃，應(yīng)降低產(chǎn)品的裝爐量。

(4)一次離子氧化：將離子氧化爐加熱升溫至360℃至氧化鹽完全溶解，然后放入經(jīng)離子滲入好的產(chǎn)品，在380℃狀態(tài)下保溫30分鐘。

(5)拋光：噴沙(200#玻璃珠)清除產(chǎn)品表面疏松層。

(6)二次離子氧化：同步驟(4)。

(7)離子鈍化：將二次氧化后的產(chǎn)品放入離子鈍化爐中，在120℃狀態(tài)下保溫40分鐘進行鈍化，離子鈍化爐采用20號機油。

(8)清洗：用清洗濟去除鈍化后產(chǎn)品表面的油污，得到成品。

本實施例對304奧氏體不銹鋼表面非金屬離子滲入處理后，其表面硬度為1170Hv_0.2，抗蝕性大于218小時；對316奧氏體不銹鋼表面非金屬離子滲入處理后，其表面硬度為1189Hv_0.2，抗蝕性大于259小時。

上述三個實施例中，步驟(3)中氮化鹽組分及重量百分比如下：

碳酸鉀(K₂CO₃)和碳酸鈉(Na₂CO₃) 42％

氰酸鉀(KCNO)和氰酸鈉(NaCNO) 52.5％

碳酸鋰(LiCO₃) 5％

碳酸釔(Y₂(CO₃)₃)和硫酸鑭(La₂(SO₄)₃) 0.5％。

再生鹽組分及重量百分比如下：

三聚氰胺 49％

三聚氰酸 31％

尿素 20％

離子滲入爐和離子氧化爐坩堝材料為鈦，降低了其與氮化鹽、氧化鹽進行化學(xué)反應(yīng)對離子滲入的技術(shù)性能的影響。

304不銹鋼非金屬離子滲入的金相組織圖和斷面硬度梯度圖如圖1和圖2所示，316不銹鋼非金屬離子滲入的金相組織圖和斷面硬度梯度圖如圖3和圖4所示。由上述各實施例可以看出，采用本方法奧氏體不銹鋼經(jīng)非金屬離子滲入處理表面硬度由原200～250HV_0.2提高到1100HV_0.2以上，抗蝕性大于200小時，大幅度提高了奧氏體不銹鋼耐磨性和使用壽命，同時也大幅度擴展了其應(yīng)范圍。

惟以上所述者，僅為本發(fā)明的具體實施例而已，當(dāng)不能以此限定本發(fā)明實施的范圍，故其等同組件的置換，或依本發(fā)明專利保護范圍所作的等同變化與修改，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明權(quán)利要求書涵蓋之范疇。