一種奧氏體不銹鋼表面鎳鈦合金涂層的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種奧氏體不銹鋼表面鎳鈦合金涂層的制備方法，屬于金屬材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域。包括下列步驟：將電化學(xué)刻蝕處理好的奧氏體不銹鋼工件與金屬表面強(qiáng)化處理器電源的陰極連接，成為工件極，再通過(guò)夾具將刷子狀鎳鈦合金材料與金屬表面強(qiáng)化處理器電源的陽(yáng)極連接，成為加工電極；接通電源，在工件極與加工電極間施加直流電壓，向奧氏體不銹鋼工件表面持續(xù)通氬氣流，以一定的加工速率移動(dòng)加工電極，加工完成后切開(kāi)金屬表面強(qiáng)化處理器的電源，再維持氬氣流，使奧氏體不銹鋼工件冷卻到室溫。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)奧氏體不銹鋼表面鎳鈦合金涂層的大面積、快速制備，所獲得的鎳鈦合金涂層具有良好的耐磨性。
【專利說(shuō)明】
一種奧氏體不銹鋼表面鎳鈦合金涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種奧氏體不銹鋼表面鎳鈦合金涂層的制備方法，屬于金屬材料表面 改性技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 奧氏體不銹鋼因具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能，且在氧化性和還原性介質(zhì) 中均表現(xiàn)出較好的耐蝕性，從而在工業(yè)、民用、國(guó)防等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，奧氏 體不銹鋼亦是不銹鋼中種類最多、使用量最大的一種鋼材，其生產(chǎn)量和使用量約占不銹鋼 總產(chǎn)量及使用量的一半以上。但是，受表面硬度低、摩擦系數(shù)大、耐磨性差等缺點(diǎn)的制約，其 更廣泛地使用受到限制，奧氏體不銹鋼一般不能用于制作滑動(dòng)摩擦配副零部件?；谀Σ?磨損始發(fā)生于材料表面，已有研究表明，借助表面技術(shù)可有效提高奧氏體不銹鋼的耐磨性。 選用合適的表面處理技術(shù)對(duì)于拓展奧氏體不銹鋼作為摩擦材料的應(yīng)用具有顯著意義。
[0003] 近等原子比鎳鈦合金具有優(yōu)異的超彈性和形狀記憶效應(yīng)，兼具良好的抗疲勞性、 耐蝕性和生物相容性等；同時(shí)也具有良好的加工和成型能力而被廣泛應(yīng)用。在摩擦磨損工 況下，鎳鈦合金具有較為理想的使役性能，被認(rèn)為是一種較為理想的耐磨材料。鎳鈦合金作 為耐磨材料具有廣泛的應(yīng)用前景，但鎳鈦合金成本較高，不宜用于制備大型工件。利用金屬 材料表面改性技術(shù)形成鎳鈦合金涂層，可以發(fā)揮和利用鎳鈦合金的優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在提供一種奧氏體不銹鋼表面鎳鈦合金涂層的制備方法，有效克服了成 本和加工的問(wèn)題，顯著提高材料的耐磨性，所得的奧氏體不銹鋼具有優(yōu)異的脂潤(rùn)滑摩擦學(xué) 性能。
[0005] 本發(fā)明提供的一種奧氏體不銹鋼表面鎳鈦合金涂層的制備方法，首先對(duì)奧氏體不 銹鋼進(jìn)行電化學(xué)刻蝕處理，然后再制備鎳鈦合金涂層。
[0006] 上述制備方法，包括以下步驟： (1) 對(duì)奧氏體不銹鋼工件預(yù)處理:將奧氏體不銹鋼試片表面除油后使用碳化硅水砂紙 進(jìn)行逐級(jí)打磨、蒸餾水超聲清洗，干燥備用； (2) 將預(yù)處理好的奧氏體不銹鋼試片留出工作面，其余部分使用環(huán)氧樹(shù)脂密封、干燥 后，將其作為工作電極，與參比電極和輔助電極置于質(zhì)量百分比為10 %~25 %的氯化鈉溶液 中，組成三電極體系，利用電化學(xué)工作站對(duì)奧氏體不銹鋼試片進(jìn)行電化學(xué)刻蝕處理，得到奧 氏體不銹鋼工件； 所述參比電極為飽和甘汞電極;所述輔助電極為鉑片； (3) 將步驟(2)處理好的奧氏體不銹鋼工件與金屬表面強(qiáng)化處理器電源的陰極連接，成 為工件極，再通過(guò)夾具將刷子狀鎳鈦合金與金屬表面強(qiáng)化處理器電源的陽(yáng)極連接，成為加 工電極； (4) 接通金屬表面強(qiáng)化處理器的電源，在工件極與加工電極間施加50~70 V的直流電 壓，當(dāng)工件極與加工電極之間的距離低于0.1 mm時(shí)，工件極與加工電極之間的空氣被電離， 產(chǎn)生氣體放電現(xiàn)象，即可開(kāi)始對(duì)奧氏體不銹鋼工件進(jìn)行鎳鈦合金涂層的制備； (5)向奧氏體不銹鋼工件表面持續(xù)通流量為6000~8000 seem的氬氣，在奧氏體不銹鋼 工件表面移動(dòng)加工電極，使放電加工速率控制在0.5~1.5 cm2/miη，加工時(shí)間為1.5~3 h， 加工完成后切斷金屬表面強(qiáng)化處理器的電源，再繼續(xù)通氬氣5~15 min，使奧氏體不銹鋼工 件冷卻到室溫。
[0007]上述方法中，所述奧氏體不銹鋼為316L奧氏體不銹鋼。
[0008]上述方法中，所述鎳鈦合金中鎳的質(zhì)量百分比為55 %，鈦的質(zhì)量百分比為45 %。 [0009]上述方法中，步驟(2)中氯化鈉溶液的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)優(yōu)選為15 %或20 %。
[0010] 上述方法中，步驟（5)中，直流電壓優(yōu)選為60 V或70 V，氬氣流量?jī)?yōu)選為7000 seem，加工速率優(yōu)選為1 cm2/min，加工時(shí)間優(yōu)選為2 h〇
[0011] 本發(fā)明中使用的鎳鈦合金為刷子狀，這里所說(shuō)的刷子狀鎳鈦合金是指把多根鎳鈦 合金絲組合起來(lái)，看著像個(gè)刷子一樣。
[0012] 本發(fā)明的有益效果： 本發(fā)明屬于金屬材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域，利用奧氏體不銹鋼對(duì)cr點(diǎn)蝕敏感性高的特 點(diǎn)，先對(duì)316L不銹鋼進(jìn)行電化學(xué)刻蝕處理獲得表面織構(gòu)，再制備鎳鈦合金涂層。本發(fā)明的優(yōu) 點(diǎn)是可在奧氏體不銹鋼表面實(shí)現(xiàn)鎳鈦合金涂層的大面積、快速制備，其積極效果是所獲得 的鎳鈦合金涂層具有良好的耐磨性，減少了磨損失重。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為實(shí)施例1所獲得的鎳鈦合金涂層表面形貌圖； 圖2為實(shí)施例2所獲得的鎳鈦合金涂層表面形貌圖； 圖3為未處理奧氏體不銹鋼和實(shí)施例1處理后的奧氏體不銹鋼與GCrl5對(duì)磨的磨損失重 圖；圖中1一未處理奧氏體不銹鋼與GCrl5對(duì)磨的磨損失重圖；2-實(shí)施例1鎳鈦合金涂層與 GCr 15對(duì)磨的磨損失重圖； 圖4為未處理奧氏體不銹鋼和實(shí)施例1處理后的奧氏體不銹鋼與Si3N4對(duì)磨的磨損失重 圖；圖中3-未處理奧氏體不銹鋼與Si3N4對(duì)磨的磨損失重圖；4一實(shí)施例1鎳鈦合金涂層與 Si3N4對(duì)磨的磨損失重圖； 圖5為未處理奧氏體不銹鋼和實(shí)施例2處理后的奧氏體不銹鋼與GCrl5對(duì)磨的磨損失重 圖；圖中5-未處理奧氏體不銹鋼與GCrl5對(duì)磨的磨損失重圖；6-實(shí)施例2鎳鈦合金涂層與 GCr 15對(duì)磨的磨損失重圖； 圖6為未處理奧氏體不銹鋼和實(shí)施例2處理后的奧氏體不銹鋼與Si3N4對(duì)磨的磨損失重 圖；圖中7-未處理奧氏體不銹鋼與Si3N4對(duì)磨的磨損失重圖；8-實(shí)施例2鎳鈦合金涂層與 Si3N4對(duì)磨的磨損失重圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面通過(guò)實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。
[0015] 實(shí)施例1: (1)對(duì)奧氏體不銹鋼工件預(yù)處理:將奧氏體不銹鋼試片表面除油后使用碳化硅水砂紙 進(jìn)行逐級(jí)打磨、蒸餾水超聲清洗、干燥備用； (2)將預(yù)處理好的奧氏體不銹鋼試片留出工作面，其余部分使用環(huán)氧樹(shù)脂密封、干燥 后、將其作為工作電極，與作為參比電極的飽和甘汞電極和作為輔助電極的大面積鉑片置 于質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為15 %的氯化鈉溶液中，組成三電極體系，借助電化學(xué)工作站對(duì)奧氏體不銹 鋼試片進(jìn)行電化學(xué)刻蝕處理，得到奧氏體不銹鋼工件； (3)將步驟(2)處理好的奧氏體不銹鋼工件與金屬表面強(qiáng)化處理器電源的陰極連接， 成為工件極，再通過(guò)夾具將刷子狀鎳鈦合金與金屬表面強(qiáng)化處理器電源的陽(yáng)極連接，成為 加工電極； (4) 接通金屬表面強(qiáng)化處理器的電源，在工件極與加工電極間施加60V的直流電壓，當(dāng) 工件極與加工電極之間的距離低于0.1 mm時(shí)，工件極與加工電極之間的空氣被電離，產(chǎn)生 氣體放電現(xiàn)象，即可開(kāi)始對(duì)奧氏體不銹鋼工件進(jìn)行鎳鈦合金涂層的制備； (5) 保持工件極與加工電極間的直流電壓為80 V，開(kāi)始制備涂層:向奧氏體不銹鋼工件 表面持續(xù)通流量為7000 seem的氬氣，移動(dòng)加工電極使放電加工速率控制在1 cm2/min，加 工時(shí)間為2 h，加工完成后切斷金屬表面強(qiáng)化處理器的電源，再繼續(xù)通氬氣10 min，使奧氏 體不銹鋼工件冷卻到室溫。
[0016] 實(shí)施例2:本實(shí)施方式與實(shí)施例1不同的是步驟(2)中氯化鈉溶液的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為 20 %，步驟(4)中直流電壓為70 V，其它步驟及參數(shù)與實(shí)施例1相同。
[0017] 將實(shí)施例1和實(shí)施例2得到的處理后的奧氏體不銹鋼進(jìn)行耐磨性能測(cè)試， 在上述工藝條件下，可在奧氏體不銹鋼表面制備鎳鈦合金涂層，并可顯著提高奧氏體 不銹鋼表面的耐磨性。
[0018] 圖1為實(shí)施例1所獲得的鎳鈦合金涂層表面形貌圖，圖2為實(shí)施例2所獲得的鎳鈦合 金涂層表面形貌圖，圖3顯示，未處理奧氏體不銹鋼和實(shí)施例1獲得的鎳鈦合金涂層與GCrl5 對(duì)磨的磨損失重，圖4顯示，未處理奧氏體不銹鋼和實(shí)施例1獲得的鎳鈦合金涂層與Si3N4對(duì) 磨的磨損失重，圖5顯示未處理奧氏體不銹鋼和實(shí)施例2獲得的鎳鈦合金涂層與GCrl5對(duì)磨 的磨損失重，圖6顯示未處理奧氏體不銹鋼和實(shí)施例2獲得的鎳鈦合金涂層與Si3N4對(duì)磨的磨 損失重，未處理奧氏體不銹鋼的磨損失重均遠(yuǎn)高于鎳鈦合金涂層，說(shuō)明鎳鈦合金涂層具有 良好的耐磨性。測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。在上述工藝條件下，奧氏體不銹鋼表面獲得的鎳鈦合金涂 層具有良好的耐磨性。
[0019] 表1
由表1所提供的磨損實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果可見(jiàn):鎳鈦合金涂層的磨損失重遠(yuǎn)低于未處理的奧 氏體不銹鋼試片。由上述結(jié)果可知，表面制備鎳鈦合金涂層后奧氏體不銹鋼獲得了優(yōu)異的 耐磨性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種奧氏體不銹鋼表面鎳鈦合金涂層的制備方法，其特征在于：首先對(duì)奧氏體不銹 鋼進(jìn)行電化學(xué)刻蝕處理，然后再制備鎳鈦合金涂層;包括以下步驟： (1) 對(duì)奧氏體不銹鋼工件預(yù)處理：將奧氏體不銹鋼試片表面除油后使用碳化硅水砂紙 進(jìn)行逐級(jí)打磨、蒸餾水超聲清洗，干燥備用； (2) 將預(yù)處理好的奧氏體不銹鋼試片留出工作面，其余部分使用環(huán)氧樹(shù)脂密封、干燥 后，將其作為工作電極，與參比電極和輔助電極置于質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10 %~25 %的氯化鈉溶液 中，組成三電極體系，利用電化學(xué)工作站對(duì)奧氏體不銹鋼試片進(jìn)行電化學(xué)刻蝕處理，得到奧 氏體不銹鋼工件； (3) 將步驟(2)處理好的奧氏體不銹鋼工件與金屬表面強(qiáng)化處理器電源的陰極連接，成 為工件極，再通過(guò)夾具將刷子狀鎳鈦合金與金屬表面強(qiáng)化處理器電源的陽(yáng)極連接，成為加 工電極； (4) 接通金屬表面強(qiáng)化處理器的電源，在工件極與加工電極間施加50 V~70 V的直流電 壓，當(dāng)工件極與加工電極之間的距離低于0.1 mm時(shí)，工件極與加工電極之間的空氣被電離， 產(chǎn)生氣體放電現(xiàn)象，即開(kāi)始對(duì)奧氏體不銹鋼工件進(jìn)行鎳鈦合金涂層的制備； (5) 向奧氏體不銹鋼工件表面持續(xù)通流量為6000~8000 seem的氬氣，在奧氏體不銹鋼 工件表面移動(dòng)加工電極，使放電加工速率控制在0.5~1.5 cm2/miη，加工時(shí)間為1.5~3 h， 加工完成后切斷金屬表面強(qiáng)化處理器的電源，再繼續(xù)通氬氣5~15 min，使奧氏體不銹鋼工 件冷卻到室溫。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的奧氏體不銹鋼表面鎳鈦合金涂層的制備方法，其特征在于:所 述奧氏體不銹鋼為316L奧氏體不銹鋼。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的奧氏體不銹鋼表面鎳鈦合金涂層的制備方法，其特征在于:所 述鎳鈦合金中鎳的質(zhì)量百分比為55 %，鈦的質(zhì)量百分比為45 %。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的奧氏體不銹鋼表面鎳鈦合金涂層的制備方法，其特征在于:步 驟(2)中氯化鈉溶液的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為15 %或20 %。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的奧氏體不銹鋼表面鎳鈦合金涂層的制備方法，其特征在于:所 述參比電極為飽和甘汞電極;所述輔助電極為鉑片。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的奧氏體不銹鋼表面鎳鈦合金涂層的制備方法，其特征在于:步 驟(5)中，直流電壓為60 V或70 V，氬氣流量為7000 seem，加工速率為I cm2/min，加工時(shí)間 為2 h〇
【文檔編號(hào)】C25F1/06GK105908182SQ201610382411
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月1日
【發(fā)明人】林乃明, 鄒嬌娟, 王思, 杭瑞強(qiáng), 王振霞, 馬永, 唐賓
【申請(qǐng)人】太原理工大學(xué)