本發(fā)明涉及一種超低溫離子注入復(fù)合強(qiáng)化css-42l軸承鋼的方法，屬于金屬材料的深冷處理和離子束表面強(qiáng)化交叉領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

軸承是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中重要部件之一，主要用于各種航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸及傳動(dòng)附件，其性能的優(yōu)劣會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。由于航空軸承工作在高溫、重載、高速等惡劣環(huán)境中，對(duì)航空軸承材料也提出了苛刻的要求，需要良好的抗疲勞性能和高強(qiáng)高韌表面性能來(lái)抵抗磨損，同時(shí)心部有良好的抗斷裂性能。css-42l軸承鋼是美國(guó)在20世紀(jì)90年代開發(fā)的，繼gcrl5鋼和m50nil鋼之后的第三代軸承鋼，具有良好的抗斷裂韌性和強(qiáng)度。但隨著航空航天技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的高性能軸承數(shù)量呈快速增長(zhǎng)之勢(shì)，其應(yīng)用性能要求不僅包括了高速、高承載能力、高可靠性、長(zhǎng)壽命等特征，而且在一些特殊應(yīng)用條件下還要求其具有良好的高、低溫性能和短時(shí)間的貧油運(yùn)行能力，因此，現(xiàn)有的css-42l軸承鋼的耐磨損、抗疲勞、強(qiáng)韌性、硬度等性能有待進(jìn)一步提升，這就要求css-42l軸承鋼強(qiáng)化處理技術(shù)方面也要有新的創(chuàng)新和突破。

為提高css-42l軸承鋼的綜合性能，如提高其抗腐蝕、抗磨損、抗氧化及抗疲勞性能，提高表面硬度和韌性，降低軸承材料的摩擦系數(shù)，改善軸承工作面的微觀結(jié)構(gòu)和高強(qiáng)高韌性能等，目前已證明行之有效的方法之一是采用軸承工作面離子注入技術(shù)，由于css-42l軸承鋼的材料成分和組織結(jié)構(gòu)與其它軸承材料具有較大區(qū)別，注入的元素類別視具體性能要求的不同，可選擇一種或多種不同的元素，各類離子的注入可有助于析出金屬化合物和合金相，形成彌散分布的強(qiáng)化相，減少粘著磨損，增強(qiáng)基底強(qiáng)度，提高潤(rùn)滑性能，顯著提升軸承鋼表面減磨耐磨性能，且該技術(shù)綠色無(wú)污染。但是離子注入改性層比較淺，強(qiáng)化效果已經(jīng)無(wú)法滿足高速重負(fù)載軸承性能進(jìn)一步提升性能的要求。

因此，現(xiàn)有的css-42l軸承鋼離子注入后的強(qiáng)韌性、耐磨損、抗疲勞、硬度等性能有待進(jìn)一步提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種超低溫離子注入?yún)f(xié)同強(qiáng)化css-42l軸承鋼的方法，克服了現(xiàn)有離子注入改性層比較淺、強(qiáng)化效果僅僅局限于表層、無(wú)法改變css-42l軸承鋼內(nèi)部組織及性能、滿足css-42l軸承鋼高強(qiáng)韌性特征的缺點(diǎn)；本發(fā)明方法能夠大幅度提高css-42l軸承鋼的次深表層強(qiáng)化深度，在css-42l軸承鋼次深表層形成強(qiáng)韌一體化材料改性層，顯著提升了其耐磨損、抗疲勞、強(qiáng)韌性、硬度等性能，降低了摩擦系數(shù)，改善微觀結(jié)構(gòu)的低溫或高溫性能等，提高傳動(dòng)軸承鋼的綜合性能。

本發(fā)明所提供的軸承鋼的強(qiáng)化方法，包括如下步驟：

(1)采用氣體離子束對(duì)軸承鋼進(jìn)行清洗；

(2)采用低能大束流氣體離子對(duì)經(jīng)步驟(1)處理后的所述軸承鋼進(jìn)行真空熱處理；

(3)采用中能離子束在步驟(2)得到軸承鋼表面交替注入氣體離子和金屬離子；

(4)采用超低溫對(duì)步驟(3)注入過(guò)程中的軸承鋼進(jìn)行深冷強(qiáng)化處理；至此得到強(qiáng)化軸承鋼。

上述的強(qiáng)化方法中，所述軸承鋼為css-42l軸承鋼。

上述的強(qiáng)化方法中，步驟(1)～步驟(4)均在真空度為1.0×10^-2pa～1.8×10^-4pa的條件下進(jìn)行，如在3.0×10^-4pa的條件下進(jìn)行；

均可在一體化離子注入復(fù)合設(shè)備中進(jìn)行。

上述的強(qiáng)化方法中，步驟(1)中，所述氣體離子束采用純度為99.99％的氬氣源；

所述清洗步驟用于去除所述軸承鋼表面的物理吸附層，從而有效避免對(duì)后續(xù)注入元素的污染；

若所述氣體離子的引出電壓過(guò)低，會(huì)使得離子能量不足以去除吸附在(css-42l)軸承鋼表面的物理吸附層，而過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致吸附在(css-42l)軸承鋼表面的物理吸附層被轟擊進(jìn)入到css-42l軸承鋼材料內(nèi)部形成污染元素，并且鑒于物理吸附層為1～10埃，因此確定在引出電壓為1～2kv的條件下清洗10～20分鐘，清洗效果最佳。

上述的強(qiáng)化方法中，步驟(2)中，所述真空熱處理的條件如下：

所述低能大束流氣體離子采用的離子源為氬氣或氮?dú)猓?/p>

轟擊電壓可為0.1～1kv，具體可為0.1kv；

轟擊束流可為50ma～100ma，具體可為100ma；

時(shí)間可為1～3小時(shí)，具體可為3小時(shí)；

所述真空熱處理可以顯著提高css-42l軸承鋼的表面強(qiáng)度。

上述的強(qiáng)化方法中，步驟(2)中，所述真空熱處理的同時(shí)，向所述軸承鋼施加正偏壓或負(fù)偏壓。

上述的強(qiáng)化方法中，步驟(3)中，所述氣體離子為氮離子，采用純度為99.99％的氮?dú)庠矗?/p>

注入所述氣體離子的條件如下：

注入能量可為70kev～100kev，具體可為80kev；

注入劑量可為2.0×10¹⁷ions/cm²～4.0×10¹⁷ions/cm²，具體可為2.0×10¹⁷ions/cm²；

所述金屬離子為鋯離子、鈦離子、鉭離子、鉻離子或鉬離子；

注入所述金屬離子的條件如下：

注入能量可為40kev～50kev，具體可為45kev；

注入劑量可為1.2×10¹⁷ions/cm²～4.5×10¹⁷ions/cm²，具體可為3.0×10¹⁷ions/cm²

所述離子注入過(guò)程中的注入能量過(guò)高容易對(duì)css-42l軸承鋼表面形成輻照損傷，而注入能量過(guò)低導(dǎo)致元素?zé)o法注入到css-42l軸承鋼材料內(nèi)部，經(jīng)實(shí)驗(yàn)，在上述注入能量(70kev～100kev和40kev～50kev)的條件下可以大幅度的提高css-42l軸承鋼的接觸疲勞性能；

步驟(3)中，通過(guò)注入元素離子可以使軸承鋼材料析出金屬化合物和合金相，形成離散強(qiáng)化相，減少粘著磨損，增強(qiáng)抗氧化性能，提高潤(rùn)滑性能，這些功能可以大幅增加軸承鋼材料的減摩耐磨和抗接觸疲勞性能；

步驟(3)中，所述交替注入的次數(shù)不受限制，經(jīng)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例表明，交替注入3次的條件下，可以明顯提高css-42l軸承鋼的摩擦磨損和抗接觸疲勞性能，繼而強(qiáng)化了整個(gè)css-42l軸承鋼。

上述的強(qiáng)化方法中，步驟(4)中，采用液氮冷卻終端裝置進(jìn)行所述深冷強(qiáng)化處理；

所述液氮的溫度為-196℃；

采用液氮冷卻注入終端裝置對(duì)步驟(3)注入過(guò)程中的軸承鋼進(jìn)行所述深冷強(qiáng)化處理，通過(guò)低溫液氮對(duì)其進(jìn)行深冷強(qiáng)化處理，材料在超低溫環(huán)境下(約-180℃以下)，發(fā)生收縮變形，在材料內(nèi)部產(chǎn)生大量的位錯(cuò)，通過(guò)細(xì)晶強(qiáng)化、改變殘余奧氏體數(shù)量、結(jié)構(gòu)、形狀分布及析出沉淀物來(lái)改善金屬材料的強(qiáng)韌性特征。具體的，采用液氮冷卻注入終端裝置，溫度為-196℃對(duì)注入過(guò)程中的css-42l軸承鋼進(jìn)行冷卻強(qiáng)化，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，注入過(guò)程中采用低溫冷卻可以大幅度的提高css-42l軸承鋼的硬度和強(qiáng)韌性，使其具備良好的高、低溫使用性能。

上述的強(qiáng)化方法中，步驟(1)之前，所述方法還包括對(duì)所述軸承鋼依次進(jìn)行如下處理的步驟：

去油脂步驟、去銹點(diǎn)步驟、去雜質(zhì)步驟、去有機(jī)物殘留步驟和超聲清洗。

本發(fā)明強(qiáng)化方法能夠大幅度提高css-42l軸承鋼的次深表層強(qiáng)化深度，顯著提升其耐磨損、抗疲勞、強(qiáng)韌性、硬度等性能，在css-42l軸承鋼次深表層形成強(qiáng)韌一體化材料改性層，并且采用該方法可以顯著降低強(qiáng)化處理污染和高耗能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明采用超低溫離子注入強(qiáng)化css-42l軸承鋼的方法，解決了現(xiàn)有單獨(dú)離子注入強(qiáng)化技術(shù)的強(qiáng)化效果僅僅局限于材料表層、無(wú)法改變內(nèi)部組織及性能、無(wú)法滿足航空航天特殊領(lǐng)域高性能css-42l軸承鋼的強(qiáng)韌性特征和高、低溫使用性能、及單一深冷處理技術(shù)無(wú)法滿足css-42l軸承鋼較高耐磨損和抗疲勞性能的需求，該方法可以大幅度提高css-42l軸承鋼的次深表層強(qiáng)化深度，顯著提升其耐磨損、抗疲勞、強(qiáng)韌性、硬度等性能，在css-42l軸承鋼次深表層形成強(qiáng)韌一體化材料改性層。本發(fā)明方法既有效解決了css-42l軸承鋼材料強(qiáng)韌性問(wèn)題，也能顯著提高軸承鋼耐磨損和抗疲勞性能，繼而強(qiáng)化了整個(gè)css-42l軸承鋼，使其制備的軸承從而具有較長(zhǎng)的使用壽命，并兼?zhèn)淞己玫母摺⒌蜏厥褂眯阅?。?duì)未進(jìn)行強(qiáng)化css-42l軸承鋼和強(qiáng)化后的css-42l軸承鋼進(jìn)行顯微硬度測(cè)試的結(jié)果表明，進(jìn)行復(fù)合強(qiáng)化后的css-42l軸承鋼比未進(jìn)行強(qiáng)化css-42l軸承鋼的硬度提高45％以上；對(duì)未進(jìn)行強(qiáng)化css-42l軸承鋼與強(qiáng)化后的css-42l軸承鋼進(jìn)行往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn)后的結(jié)果表明，進(jìn)行復(fù)合強(qiáng)化表面性能后的css-42l軸承鋼比未進(jìn)行強(qiáng)化css-42l軸承鋼的減摩耐磨性能(失效時(shí)間)提高了近4倍。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種復(fù)合強(qiáng)化處理css-42l軸承鋼的方法的流程示意圖。

圖2是本發(fā)明另一種復(fù)合強(qiáng)化處理css-42l軸承鋼的方法的流程示意圖。

圖3為未強(qiáng)化和復(fù)合強(qiáng)化后的css-42l軸承鋼材料的顯微硬度對(duì)比圖。

圖4為未強(qiáng)化和復(fù)合強(qiáng)化后的css-42l軸承鋼材料的摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)方法。

下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無(wú)特殊說(shuō)明，均可從商業(yè)途徑得到。

為了得到具有較高的耐磨性、抗疲勞、高強(qiáng)韌性和高硬度等綜合性能的強(qiáng)化css-42l軸承鋼，本發(fā)明提供了一種超低溫離子注入強(qiáng)化css-42l軸承鋼的方法，包括如下步驟：

(1)采用低能氣體離子束對(duì)css-42l軸承鋼進(jìn)行清洗；(2)采用低能大束流離子對(duì)步驟(1)得到的css-42l軸承鋼進(jìn)行真空熱處理；(3)采用中能離子束在步驟(2)得到css-42l軸承鋼表面交替注入氣體離子和金屬離子；(4)采用液氮對(duì)步驟(3)注入過(guò)程中的css-42l軸承鋼進(jìn)行深冷強(qiáng)化處理；至此得到強(qiáng)化css-42l軸承鋼。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，先采用低能離子束對(duì)css-42l軸承鋼進(jìn)行真空清洗去除表面微吸附物，再采用低能大束流離子源對(duì)css-42l軸承鋼進(jìn)行真空熱處理，提升css-42l軸承鋼表面硬度和強(qiáng)度，然后采用離子注入強(qiáng)化技術(shù)復(fù)合深冷處理對(duì)css-42l軸承鋼進(jìn)行強(qiáng)化，在css-42l軸承鋼次深表層形成強(qiáng)韌一體化材料改性層，最終能夠得到較高的耐磨性、抗疲勞和高強(qiáng)韌性、高硬度等綜合性能的強(qiáng)化css-42l軸承鋼。低能離子束清洗可以去除軸承鋼表面微吸附物，以便后續(xù)工藝處理；低能大束流氣體離子轟擊真空熱處理可提高css-42l軸承鋼硬度和強(qiáng)度，利用離子注入結(jié)合深冷處理技術(shù)，對(duì)離子注入強(qiáng)化處理過(guò)程中的軸承鋼進(jìn)行溫度達(dá)-196℃的低溫處理，軸承鋼材料及離子注入的亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)處于超低溫環(huán)境，發(fā)生劇烈的收縮塑性變形，在內(nèi)部產(chǎn)生大量位錯(cuò)，隨著深冷時(shí)間的增加，金屬材料中形成的位錯(cuò)密度不斷增加、殘余奧氏體的數(shù)量不斷減小，馬氏體不斷增加，同時(shí)馬氏體組織中分解析出彌散狀超細(xì)碳化物組織，因而使得軸承鋼金相組織更為細(xì)密、均勻、穩(wěn)定，表面強(qiáng)度及硬度得到提高，耐磨性也明顯改善。離子注入強(qiáng)化技術(shù)的沖擊效應(yīng)，不同注入元素離子可有助于軸承鋼材料析出金屬化合物和合金相，形成彌散分布的強(qiáng)化相，減少粘著磨損，增強(qiáng)基底強(qiáng)度，提高潤(rùn)滑性能，顯著提升軸承鋼表面減摩耐磨性能，改善軸承次表面微觀結(jié)構(gòu)及高低溫性能等，提高css-42l軸承鋼的綜合性能。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間離子注入復(fù)合深冷處理，軸承鋼所提高的強(qiáng)韌性、硬度等各項(xiàng)力學(xué)、機(jī)械性能也達(dá)到最大值，最終獲得強(qiáng)化css-42l軸承鋼。

下面參考圖1對(duì)本發(fā)明處理css-42l軸承鋼的方法進(jìn)行詳細(xì)描述。

具體包括如下步驟：

s100：采用低能氣體離子束對(duì)css-42l軸承鋼進(jìn)行清洗

該步驟中，采用低能氣體離子束對(duì)css-42l軸承鋼進(jìn)行清洗，由此，可以去除css-42l軸承鋼表面的物理吸附層，從而有效避免對(duì)后續(xù)注入元素的污染。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，清洗處理的具體操作條件并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，清洗處理的操作條件可以采用：低能氣體離子束采用純度為99.99％的氬氣源，離子束的引出電壓為1～2kv，離子束清洗時(shí)間為10～20分鐘。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電壓過(guò)低使得離子能量不足以去除吸附在css-42l軸承鋼表面的物理吸附層，而電壓過(guò)高會(huì)導(dǎo)致吸附在css-42l軸承鋼表面的物理吸附層被轟擊進(jìn)入到css-42l軸承鋼材料內(nèi)部形成污染元素，并且鑒于物理吸附層為1～10埃，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在1～2kv的引出電壓下清洗10～20分鐘可以清洗干凈。

s200：采用低能大束流離子對(duì)s100步驟得到的css-42l軸承鋼進(jìn)行真空熱處理

該步驟中，采用低能大束流離子對(duì)s100步驟得到的css-42l軸承鋼進(jìn)行真空熱處理，由此通過(guò)采用低能大束流離子對(duì)css-42l軸承鋼進(jìn)行真空擴(kuò)滲熱處理，可以顯著提高css-42l軸承鋼的表面硬度和強(qiáng)度。具體的，可以采用氬或者氮?dú)怏w低能大束流離子對(duì)css-42l軸承鋼進(jìn)行轟擊，其中，轟擊電壓可以為0.1kv，轟擊束流可以為100ma。

具體的，采用大束流離子對(duì)css-42l軸承鋼進(jìn)行真空熱處理的同時(shí)，在css-42l軸承鋼上加正偏壓或負(fù)偏壓，并且轟擊處理時(shí)間為1～3小時(shí)。需要說(shuō)明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)正偏壓和負(fù)偏壓的具體條件進(jìn)行選擇。

s300：采用中能離子束在步驟s200得到css-42l軸承鋼表面交替注入金屬離子和氣體離子

該步驟中，采用中能離子束在步驟s200得到css-42l軸承鋼表面交替注入金屬離子和氣體離子，其中，先注入氣體離子，再注入金屬離子，氣體離子可以為氮離子，金屬離子可以為鋯離子、鈦離子、鉭離子、鉻離子或鉬離子。由此，通過(guò)注入元素離子可以使軸承鋼材料析出金屬化合物和合金相，形成離散強(qiáng)化相，減少粘著和互擴(kuò)散，增強(qiáng)氧化膜，提高潤(rùn)滑性能，這些效應(yīng)可以大幅增加軸承鋼材料的減摩耐磨和抗接觸疲勞性能。

具體的，注入氣體離子過(guò)程可以采用純度為99.99％的氮?dú)庠矗⑷肽芰繛?0kev～100kev，注入劑量為2.0×10¹⁷ions/cm²～4.0×10¹⁷ions/cm²，注入金屬離子可以采用純度為99.98％的金屬靶材，注入能量為40kev～50kev，注入劑量為1.2×10¹⁷ions/cm²～4.5×10¹⁷ions/cm²。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該過(guò)程中，中能離子束的注入能量并不受特別限制，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(gè)具體實(shí)施例，該過(guò)程中，氣體離子中能離子束的注入能量可以為80kev，金屬離子中能離子束的注入能量可以為45kev。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，若注入能量過(guò)高容易對(duì)css-42l軸承鋼表面形成輻照損傷，而注入能量過(guò)低導(dǎo)致稀土元素?zé)o法注入到css-42l軸承鋼材料內(nèi)部。由此，采用該注入能量可以大幅度的提高css-42l軸承鋼的抗接觸疲勞性能。

根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例，交替注入氣體離子和金屬離子的次數(shù)不受限制，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，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)明的另外一個(gè)具體實(shí)施例，交替注入3次。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該交替注入次數(shù)可以明顯提高css-42l軸承鋼的減摩耐磨和抗接觸疲勞性能。

s400：采用液氮對(duì)s300過(guò)程中的css-42l軸承鋼進(jìn)行深冷強(qiáng)化處理

該步驟中，采用液氮冷卻注入終端裝置，對(duì)步驟s300處理過(guò)程中的css-42l軸承鋼，通過(guò)低溫液氮對(duì)其進(jìn)行深冷強(qiáng)化處理，材料在超低溫環(huán)境下(-180℃以下)，發(fā)生收縮變形，在材料內(nèi)部產(chǎn)生大量的位錯(cuò)，通過(guò)細(xì)晶強(qiáng)化、改變殘余奧氏體數(shù)量、結(jié)構(gòu)、形狀及分布及析出沉淀物來(lái)改善金屬材料的強(qiáng)韌性特征，同時(shí)，離子注入形成的亞穩(wěn)態(tài)組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行長(zhǎng)程有序化轉(zhuǎn)變。具體的，采用液氮冷卻注入終端裝置，溫度為-196℃對(duì)注入過(guò)程中的css-42l軸承鋼進(jìn)行冷卻強(qiáng)化，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，注入過(guò)程中采用低溫冷卻可以大幅度的提高css-42l軸承鋼的硬度和強(qiáng)韌性，使其具備良好的高、低溫性能。

參考圖2，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的強(qiáng)化處理css-42l軸承鋼的方法進(jìn)一步包括：

s500：在低能離子束對(duì)css-42l軸承鋼進(jìn)行真空清洗之前，預(yù)先對(duì)所述css-42l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，首先采用金屬除脂溶劑去除css-42l軸承鋼材料上油脂，使其表面不能有油脂，然后將待處理的css-42l軸承鋼材料放入無(wú)污染的四氯乙烯中浸泡10～20分鐘后取出，再用鏡頭紙吸凈殘留溶劑后，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去油脂后的css-42l軸承鋼材料10～20分鐘，去除材料表面銹點(diǎn)；接著將經(jīng)過(guò)上述處理過(guò)的css-42l軸承鋼材料放入丙酮中，超聲清洗10～20分鐘后取出使用干凈綢布擦干，擦干時(shí)，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(shí)不使用已經(jīng)被污染、浸濕的綢布對(duì)試件進(jìn)行擦拭，然后采用具有有機(jī)物清除功能的金屬清洗劑浸泡清洗上述處理后的css-42l軸承鋼材料10～20分鐘，使金屬試樣表面不能有有機(jī)物殘留；最后將上述處理后的css-42l軸承鋼材料放入去離子水中，超聲清洗10～20分鐘后取出，逐個(gè)使用干凈綢布擦洗、擦干并放置于烘箱中烘干10～20分鐘。需要說(shuō)明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)采用金屬除脂溶劑、金屬除銹溶劑和金屬清洗劑的具體類型進(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；金屬清洗劑可以是由非離子表面活性劑、有機(jī)堿和純水混合組成的一種環(huán)保金屬清洗劑。

下面參考具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，需要說(shuō)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css-42l軸承鋼材料上油脂，使其表面不能有油脂，然后將待處理的css-42l軸承鋼材料放入無(wú)污染的四氯乙烯中浸泡20分鐘后取出，用鏡頭紙吸凈殘留溶劑后，用干凈的絲綢進(jìn)行擦拭；再用金屬除銹溶劑浸泡清洗css-42l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15分鐘后取出使用干凈綢布擦干；最后用具有有機(jī)物清除功能的金屬清洗劑浸泡清洗css-42l軸承鋼材料15分鐘，使金屬試樣表面不能有有機(jī)物殘留，然后將處理過(guò)的css-42l軸承鋼材料放入去離子水中，超聲清洗20分鐘后取出，逐個(gè)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(guò)的css-42l軸承鋼材料，然后將上述前處理過(guò)的css-42l軸承鋼材料放到真空室工裝臺(tái)上，抽真空至真空度為3.0×10^-4pa后，真空室工裝臺(tái)沿自身軸線勻速緩慢旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，用一體化離子注入設(shè)備對(duì)css-42l軸承鋼材料進(jìn)行低能氣體離子束清洗，采用純度為99.99％的氬氣源，離子束的引出電壓為1kv，離子束清洗時(shí)間為20分鐘，再采用低能大束流氣體離子對(duì)css-42l軸承鋼材料真空熱處理(氬氣)同時(shí)在工件上同時(shí)加負(fù)偏壓，轟擊電壓可以為0.1kv，轟擊束流可以為0.1a，處理時(shí)間為3小時(shí)；接著交替注入氣體氮離子和金屬鈦離子2次，離子注入氣體氮離子采用純度為99.99％的氮?dú)?，注入能量?0kev，注入劑量為2.0×10¹⁷ions/cm²，離子注入金屬鈦離子采用99.98％的金屬鈦靶材，注入能量為45kev，注入劑量為3.0×10¹⁷ions/cm²；在離子注入的同時(shí)，采用液氮冷卻注入終端對(duì)注入過(guò)程中的css-42l軸承鋼材料進(jìn)行冷卻強(qiáng)化，液氮溫度為-196℃。然后將經(jīng)過(guò)超低溫離子注入強(qiáng)化處理后的css-42l軸承鋼材料放入分析純酒精中超聲波清洗20分鐘，并將其真空密封封存。

實(shí)施例2、

首先用金屬除脂溶劑去除css-42l軸承鋼材料上油脂，使其表面不能有油脂，然后將待處理的css-42l軸承鋼材料放入無(wú)污染的四氯乙烯中浸泡20分鐘后取出，用鏡頭紙吸凈殘留溶劑后，用干凈的絲綢進(jìn)行擦拭；再用金屬除銹溶劑浸泡清洗css-42l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15分鐘后取出使用干凈綢布擦干；最后用具有有機(jī)物清除功能的金屬清洗劑浸泡清洗css-42l軸承鋼材料15分鐘，使金屬試樣表面不能有有機(jī)物殘留，然后將處理過(guò)的css-42l軸承鋼材料放入去離子水中，超聲清洗20分鐘后取出，逐個(gè)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(guò)的css-42l軸承鋼材料，然后將上述前處理過(guò)的css-42l軸承鋼材料放到真空室工裝臺(tái)上，抽真空至真空度為3.0×10^-4pa后，真空室工裝臺(tái)沿自身軸線勻速緩慢旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，用離子注入設(shè)備對(duì)css-42l軸承鋼材料進(jìn)行低能氣體離子束清洗，采用純度為99.99％的氬氣源，離子束的引出電壓為1kv，離子束清洗時(shí)間為20分鐘，再采用低能大束流氣體離子對(duì)css-42l軸承鋼材料真空熱處理同時(shí)在工件上同時(shí)加負(fù)偏壓，轟擊電壓可以為0.1kv，轟擊束流可以為0.1a，處理時(shí)間為3小時(shí)；接著交替注入氣體氮離子和金屬鈦離子3次，離子注入氣體氮離子采用純度為99.99％的氮?dú)?，注入能量?0kev，注入劑量為3.0×10¹⁷ions/cm²，離子注入金屬鋯離子采用99.98％的金屬鋯靶材，注入能量為45kev，注入劑量為2.5×10¹⁷ions/cm²；在離子注入的同時(shí)，采用液氮冷卻注入終端對(duì)注入過(guò)程中的css-42l軸承鋼材料進(jìn)行冷卻強(qiáng)化，液氮溫度為-196℃。然后將經(jīng)過(guò)超低溫離子注入強(qiáng)化處理后的css-42l軸承鋼材料放入酒精中清洗20分鐘，并將其真空密封封存。

采用qness顯微硬度測(cè)試儀進(jìn)行硬度測(cè)試，設(shè)置參數(shù)為：?jiǎn)挝籬v，載荷10g和100g，加載時(shí)間10s，得出強(qiáng)化前后顯微硬度對(duì)比圖如圖3所示，其中，基材指的未經(jīng)任何強(qiáng)化處理的css-42l軸承鋼；離子注入處理指的是僅進(jìn)行本發(fā)明方法中的步驟(3)(交替注入氣體離子和金屬離子，圖1和圖2中的步驟s300)，其具體條件與實(shí)施例2中相同；冷處理指的是僅進(jìn)行本發(fā)明方法中的步驟(4)(液氮深冷強(qiáng)化處理，圖1和圖2中的步驟s400)，其具體條件與實(shí)施例2中相同，冷+注入復(fù)合指的是經(jīng)實(shí)施例2的強(qiáng)化處理。

由圖3所示的css-42l軸承鋼和強(qiáng)化后的css-42l軸承鋼進(jìn)行顯微硬度測(cè)試的結(jié)果可以看出，進(jìn)行復(fù)合強(qiáng)化表面性能后的css-42l軸承鋼比未進(jìn)行強(qiáng)化css-42l軸承鋼的硬度提高45％以上，且比僅進(jìn)行離子注入的css-42l軸承鋼的硬度提高40％，比僅進(jìn)行深冷處理的css-42l軸承鋼的硬度提高25％。

對(duì)經(jīng)實(shí)施例2復(fù)合強(qiáng)化后的css-42l軸承鋼材料進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)，采用umt-5摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn)，對(duì)磨副為直徑4mm的sin球，設(shè)置參數(shù)為：載荷1n，行程5mm。得出強(qiáng)化前后摩擦磨損對(duì)比圖如圖4所示。

經(jīng)由圖4所示的css-42l承鋼與強(qiáng)化后的css-42l軸承鋼進(jìn)行往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn)后的結(jié)果可以看出，進(jìn)行復(fù)合表面強(qiáng)化后的css-42l軸承鋼比未進(jìn)行強(qiáng)化css-42l軸承鋼的摩擦磨損試驗(yàn)?zāi)湍p時(shí)間(失效時(shí)間)提高了近4倍，平均摩擦系數(shù)降低了60％，也間接證明了本發(fā)明方法能夠提高css-42l軸承鋼材料的離子注入層深度和次深表層強(qiáng)化深度。

在本說(shuō)明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)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(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不必須針對(duì)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(gè)或多個(gè)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(shuō)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(duì)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(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。