專利名稱：一種經表面復合處理的鋼質零件的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種經表面復合處理的鋼質零件。
背景技術：
人類對鋼的應用和研究歷史相當悠久，但是直到19世紀貝氏煉鋼法實用新型之前，鋼的制取都是一項高成本低效率的工作。如今，鋼以其低廉的價格、可靠的性能成為世界上使用最多的材料之一，是建筑業、制造業和人們日常生活中不可或缺的成分。隨著社會的發展，人們對材料的要求也越來越高，單一的表面處理已不能保證鋼的綜合性能要求；因此，迫切需要一種復合處理方法，以提高鋼的硬度、耐磨性能以及耐腐蝕性能，使鋼材料可以在惡劣環境下具有更長的壽命
實用新型內容
本實用新型的目的是克服上述背景技術的不足，提供一種經表面復合處理的鋼質零件，該鋼質零件應具有較高的硬度、耐磨性能和耐腐蝕性能，更長的使用壽命。本實用新型提供的技術方案是一種經表面復合處理的鋼質零件，包括鋼質基體，其特征在于該鋼質基體的表面制有一層厚度為3(T300um的預處理層，預處理層表面由內而外依次包覆著厚度為5 IOum的硬質耐磨層以及厚度為2. 5^4um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鋼質基體深處至鋼質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；其中氮原子的含量為5 30%。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O. 5^10um的金剛石粉或改性陶瓷粉，摻入的重量比例為(Tl5%。所述的硬質耐磨層從預處理層表面垂直方向自內向外依次包括Cr打底層、CrN過渡層、CrMoN合金鍍層；其中，Cr打底層厚度為O. 2 2um，成分為鉻原子；CrN過渡層厚度為O. 3 2um，氮原子與鉻原子的比例為(Γ3 I ;CrMoN合金鍍層厚度為:TlOum，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耐磨層表面垂直方向自內向外依次包括純Cr打底層、過渡層、碳基固體潤滑層；其中，純Cr打底層厚度為O. 2 2um，成分為Cr ;過渡層厚度為O. 5" . 5um,碳原子與Cr原子的原子比為(Γ80:1 ;碳基固體潤滑層厚度為O. 8、um,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鋼質零件具有較高的表面硬度，較好的耐磨性能以及較強的耐腐蝕性(硬度達到1800mT2800HV，結合力Lc>80N，摩擦系數為O. 04 O. 07，比磨損率為O. 3X 10_16 O. 6X 10_16,開路電位為-O. 25疒-O. 07V)，還提高了鋼質零件的使用壽命，進而大幅度擴展了應用范圍，降低了制造成本。本實用新型提供的鋼質零件表面復合處理方法，處理后的鋼質零件的各項性能遠遠超過常規表面處理的水平。此外，該處理方法簡單，工藝穩定且可重復性高，適合規模化生產。
圖I為本實用新型所述鋼質零件的表面鍍層結構的剖面示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖所示實施例進一步說明。如圖所示，該鋼質零件中，在鋼質基體I表面由內而外依次包覆著厚度為3(T300um的預處理層2、厚度為5 10um的硬質耐磨層3以及厚度為2. 5^4um的固體潤滑減
摩層4。所述離子氮化層的擴散層中，氮含量從鋼質基體深處至基體表面越來越高。所述CrN過渡層中，氮原子與鉻原子的比例為(Γ3 1，從預處理層表面垂直方向自內向外，是一個氮原子含量逐漸增多的漸變過程。所述的固體潤滑減摩層的過渡層中，從硬質耐磨層表面垂直方向自內向外Cr原子逐漸減少，碳原子逐漸增多。上述改性陶瓷粉及其它所有原材料均外購獲得。本實用新型所述的對鋼質零件表面的復合處理方法，通過非平衡磁控濺射離子鍍設備(外購設備)實現。除特別注明之外，本文所述比例均為原子數量比。實施例I表面經1200#砂紙打磨過的鋼質零件(活塞桿)，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> 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鍍層設備真空室的旋轉試樣架上，氬氣流量IOsccm時真空度2Pa，用500V偏壓等離子體轟擊清洗工件表面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，其它參數與制備Cr打底層一樣；最后打開Mo靶，靶輸入功率2kW，其它參數與上一個步驟一樣。在整個鍍制過程中，脈沖偏壓的參數為頻率500kHz，脈沖寬度250ns，工件所在的旋轉試樣架的轉速是5rpm。工件冷卻后取出，直接放入另一真空室內的旋轉試樣架上，氬氣流量IOsccm時真空度2Pa，用500V偏壓等離子體轟擊清洗工件表面20分鐘；偏壓-60V時沉積純Cr打底層5min, Cr靶輸入功率2kW ;接著Cr靶的功率逐漸降低為O. 5kw,石墨靶的功率逐漸升高至2kw，其它參數與制備純Cr打底層一樣沉積過渡層；最后保持此參數沉積6小時制備碳基固體潤滑層。在整個鍍制過程中，脈沖偏壓的參數為頻率500kHz，脈沖寬度250ns，工件所在的旋轉試樣架的轉速是3rpm。加工后的工件根據以下方式檢測[0027]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用球盤磨損試驗機測量，對磨材料為直徑5mm的WC-6%Co硬質合金球，相對滑動速度200m/min，載荷40N，磨損時間30min。用HT-3001劃痕儀定量測量鍍層的結合強度，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。檢測結果為擴散層厚度為80um,氮化白亮層厚度為5um。硬質耐磨層厚度為7um;其中，Cr打底層厚度為O. 3 μ m，CrN過渡層厚度為l.Oym，CrMoN合金鍍層的總厚度為5.7 μ m。固體潤滑減摩層的厚度是3. 2um，硬度是1800HV，結合力Lc>80N，摩擦系數為O. 05^0. 07，比磨損率為O. 5父10_16，開路電位(抗腐蝕指標)為-O. 20V。實施例2發動機活塞環經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，在電鍍溶液中加入粒度為5um的陶瓷粉末(陶瓷粉末占鍍層的重量比例為3%)并充分攪拌，其余按常規電鍍操作進行電鍍鉻作業，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的旋轉試樣架上，其它所有實施過程和參數同實施例I。檢測結果是電鍍鉻層厚度為115μηι ;硬質耐磨層厚度為7um,固體潤滑減摩層的厚度是3.0um。硬度是1800HV，結合力Lc>80N，摩擦系數為O. 05 O. 07，比磨損率為O. 3X10—16，開路電位為-O. 18V。實施例3對鋼制壓縮機滑片進行表面處理；按照實施例I步驟制備完成硬質耐磨層，之后將工件放進真空室內，氬氣流量IOsccm時真空度2Pa，用500V偏壓等離子體轟擊清洗工件表面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，其它參數與制備Cr層打底時一樣；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，其它參數與上一步驟相同制備碳基固體潤滑層。在整個鍍制過程中，脈沖偏壓的參數為頻率500kHz，脈沖寬度250ns，工件所在的旋轉試樣架的轉速是5rpm。檢測結果是擴散層厚度為80um,氮化白亮層厚度為5um。硬質耐磨層厚度為7um,固體潤滑減摩層的厚度是3. 5um。硬度是2850HV，結合力Lc=80N，摩擦系數為O. θΓθ. 06，比磨損率為0.6Χ10—16，開路電位為-O. IOV。
權利要求1.一種經表面復合處理的鋼質零件，包括鋼質基體(I )，其特征在于該鋼質基體的表面制有一層厚度為3(T300um的預處理層(2)，預處理層表面由內而外依次包覆著厚度為5 10um的硬質耐磨層(3)以及厚度為2. 5^4um的固體潤滑減摩層(4)； 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； 所述的硬質耐磨層從預處理層表面垂直方向自內向外依次包括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耐磨層表面垂直方向自內向外依次包括純Cr打底層、過渡層、碳基固體潤滑層。
2.根據權利要求I所述的一種經表面復合處理的鋼質零件，其特征在于所述的離子氮化層包括從鋼質基體深處至鋼質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。
3.根據權利要求2所述的一種經表面復合處理的鋼質零件，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。
4.根據權利要求2或3所述的一種經表面復合處理的鋼質零件，其特征在于所述的硬質耐磨層中，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 10um。
5.根據權利要求4所述的一種經表面復合處理的鋼質零件，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. 5^1. 5um ;碳基固體潤滑層厚度為 O. 8 5um。
專利摘要本實用新型涉及一種經表面復合處理的鋼質零件。所要解決的技術問題是提供的滑動軸承應具有不易磨損、使用壽命長的特點。技術方案是一種鋼質零件，包括鋼質基體，其特征在于該鋼質基體的表面制有一層厚度為30~300um的預處理層，預處理層表面由內而外依次包覆著厚度為5~10um的硬質耐磨層以及厚度為2.5~4um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鋼質基體深處至鋼質基體表面依次包覆的厚度為25~300um的擴散層和厚度為0~10um的氮化白亮層；其中氮原子的含量為5~30%。
文檔編號C23C28/00GK202465877SQ20122002375
公開日2012年10月3日 申請日期2012年1月19日 優先權日2012年1月19日
發明者于磊, 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