一種表面滲鉿+滲碳的耐高溫不銹鋼及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種表面滲鉿+滲碳的耐高溫不銹鋼及其制備方法，是將奧氏體不銹鋼試樣和欲滲元素鉿的源極分別放置在真空室內設置的兩個陰極上，采用公共陽極；利用輝光放電濺射、空心陰極效應、尖端放電技術，將鉿以原子、離子和原子團的形式濺射出來，這些鉿粒子團吸附于試樣表面在高溫下擴散進入內部，隨工藝時間延長，形成含鉿合金層；其次將已經獲得合金層進行滲碳處理。本發明的創新點是：利用鉿、鉻和鈦碳化物熔點高、結合力強、穩定性好、耐高溫的特點、鉻氧化物抗高溫性能好的優點以及鉿能夠有效阻止鉻、鈦、在高溫擴散的特征，在奧氏體表面形成致密碳化物和氧化物合金層，有效阻止高溫氧氣向內部的擴散。
【專利說明】-種表面滲鉿+滲碳的耐高溫不銹鋼及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及表面工程領域，具體是一種表面滲鉿+滲碳的耐高溫不銹鋼及其制備 方法。
【背景技術】
[0002] 稀有金屬鉿及其化合物自從被發現具有高熔點、優異的抗氧化性、耐蝕性、良好的 導電導熱性、優良的核性能以及較高的綜合經濟性價比以來，便成為了新材料的研究熱點 之一，其在高溫、電子以及光學領域應用也日益增多。奧氏體不銹鋼綜合性能優良，經常被 用作高溫合金在熱處理設備中得到廣泛的應用。然而因其承受的最高使用溫度只有800 °C 左右，高溫氧化問題已成為制約其應用于更高溫度的重要因素。
[0003] 當前制備金屬鉿及其化合物的方法主要有：化學氣相沉積，物理氣相沉積，金屬 膜直接氧化等。一般是在金屬基體表面形成沉積層，存在著致密性差、結合力弱等缺點。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是要提供一種表面滲鉿+滲碳的耐高溫不銹鋼及其制備方法。該方 法使得奧氏體不銹鋼表面具有熱穩定性強、致密性好、抗高溫氧化的性能高的特點，其抗高 溫氧化溫度達到l〇〇〇°C以上。
[0005] 實現本發明目的的技術方案是： 一種表面滲鉿+滲碳的耐高溫不銹鋼的制備方法，是將奧氏體不銹鋼試樣和欲滲元素 鉿的源極分別放置在真空室內設置的兩個陰極上，采用公共陽極；利用輝光放電濺射、空心 陰極效應、尖端放電技術，將鉿以原子、離子和原子團的形式濺射出來，這些鉿粒子團吸附 于試樣表面在高溫下擴散進入內部，隨工藝時間延長，形成含鉿合金層；其次將已經獲得合 金層進行滲碳處理。具體包括如下步驟： (1) 將奧氏體不銹鋼試樣經不同型號的水砂紙打磨，并用拋光機拋光，再用超聲波清洗 干凈并烘干，作為被滲材料； (2) 將奧氏體不銹鋼試樣和欲滲元素鉿的源極置入真空室內設置的兩個陰極上，設備 接地并作為公共陽極； (3) 抽真空到小于5Pa，充入少量氬氣，調節源極和工件電壓、試樣和源極起輝，進行 lOmin以上表面等離子清理； (4) 之后逐步提高電壓，電流，升高試樣和源極溫度，到溫后保溫一段時間，完成合金化 過程后緩慢冷卻到室溫，獲得合金層； (5) 再在800-1000°C的溫度下進行固體滲碳，保溫時間4-8 h ; (6) 滲碳后緩冷至室溫，用超聲波將試樣清洗干凈并烘干即獲得金滲碳層，即表面滲鉿 +滲碳的耐高溫不銹鋼。
[0006] 步驟（2)所述鉿的源極采用純度為99. 99%的鉿板，其幾何形狀也可以是針狀、棒 狀、條狀。
【權利要求】
1. 一種表面滲鉿+滲碳的耐高溫不銹鋼的制備方法，其特征是：包括如下步驟： (1) 將奧氏體不銹鋼試樣經不同型號的水砂紙打磨，并用拋光機拋光，再用超聲波清洗 干凈并烘干，作為被滲材料； (2) 將奧氏體不銹鋼試樣和欲滲元素鉿的源極置入真空室內設置的兩個陰極上，設備 接地并作為公共陽極； (3) 抽真空到小于5Pa，充入少量氬氣，調節源極和工件電壓、試樣和源極起輝，進行 lOmin以上表面等離子清理； (4) 之后逐步提高電壓，電流，升高試樣和源極溫度，到溫后保溫一段時間，完成合金化 過程后緩慢冷卻到室溫，獲得合金層； (5) 再在800-1000°C的溫度下進行固體滲碳，保溫時間4-8 h ; (6) 滲碳后緩冷至室溫，用超聲波將試樣清洗干凈并烘干即獲得金滲碳層，即表面滲鉿 +滲碳的耐高溫不銹鋼。
2. 根據權利要求1所述的制備方法，其特征是：步驟（2)所述鉿的源極采用純度為 99. 99%的鉿板，其幾何形狀也可以是針狀、棒狀、條狀。
3. 根據權利要求1所述的制備方法，其特征是：步驟（4)所述合金化的工藝參數為： 極間距20?80 mm，氬氣工作氣壓20 Pa?100 Pa，保溫溫度800°C?1200 °C，保溫時間 a?10 h，保溫結束后，將試樣隨爐緩冷至室溫，可獲得20 μ m?100 μ m的合金化層，此時 表面獲得含鉿60%以上致密的鉿及其化合物高合金層。
4. 根據權利要求1所述的制備方法，其特征是：步驟（5)所述滲碳工藝可以選擇氣體、 液體、固體或者等離子體。
5. 根據權利要求1所述的制備方法，其特征是：步驟（5)所述滲碳工藝的參數為：滲碳 處理溫度800°C?1000 °C，保溫時間4h?8h，保溫結束在爐中緩冷至室溫出爐，可以獲得 20 μ m?200 μ m的合金滲碳層。
6. 用權利要求1-5之一所述的制備方法制備的表面滲鉿+滲碳的耐高溫不銹鋼。
【文檔編號】C23C8/64GK104109842SQ201410350864
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月22日 優先權日:2014年7月22日
【發明者】高原, 陸小會, 王成磊, 韋文竹, 張光耀 申請人:桂林電子科技大學