020]將柱銷激光硬化表面經磨削清潔處理后置于等離子體滲氮爐中，關閉滲氮爐，開機械栗抽真空至lOPa，通入氨氣使腔室氣壓達到30Pa，加脈沖偏壓至500VX10kHzX20%占空比引發輝光放電，用輝光等離子體對工件進行表面清洗lOmin，然后分段升溫升壓:升溫速率為40°C/min、升壓速率為4Pa/min，達到氣壓為300Pa，偏壓為450V X 10kHz X 30 %占空比，溫度為500°C，進行等離子體滲氮，時間為6h。滲氮完成后，關偏壓、氨氣，在滲氮爐中將樣品真空冷卻至常溫，出爐。
[0021]再將柱銷經過清洗干燥后放入電弧離子鍍設備的真空室中的卡具上，用真空系統抽真空到0.5 X 10—3Pa，再充入氬氣到2Pa，加偏壓幅值為800V引發輝光等離子體進行離子濺射清洗，時間為5min;啟動Cr靶和A1靶陰極電弧，調整弧電流為60_120A，通入反應氣體N2，氮氣分壓為0.8-2Pa，降低偏壓到300V X 40kHz X 40 %，時間為90min，在構件表面沉積制備CrAIN陶瓷涂層。到時后停弧、停氣、卸偏壓，再經爐冷后取出柱銷。
[0022]經如上工藝處理后，在柱銷表面得到1.2mm厚，由里向外硬度從基體的650HV提高到1200HV，再提高到2400HV的梯度分布，可以滿足氮化鋼柱銷在海洋環境或者腐蝕性環境中需要承受沖擊性重載荷、強磨損、耐腐蝕等復雜條件下服役的綜合性能要求。
[0023]實施例2:
[0024]將38CrMoAl鋼海岸吊車吊鉤工件夾持在5kW橫流C02激光加工系統的旋轉機構上。然后用丙酮溶液對構件表面進行清洗，并采用噴槍將氧化硅、紫膠和酒精調制的懸浮液噴涂在預加工表面，以增加構件表面對激光的吸光率。待涂料完全干燥后，啟動激光器和數控機床對工件加工原點進行定位，而后在大氣環境下對其表面進行單螺旋搭接激光強化處理。所采用的具體工藝參數為激光功率4.0kW，光斑直徑5mm，線掃描速度lOmm/s。
[0025]將吊鉤工件激光硬化表面經磨削清潔處理后置于等離子體滲氮爐中，關閉滲氮爐，開機械栗抽真空至lOPa，通入氨氣使腔室氣壓達到30Pa，加脈沖偏壓至500V X 10kHz X20%占空比引發輝光放電，用輝光等離子體對工件進行表面清洗lOmin，然后分段升溫升壓:升溫速率為40°C/min、升壓速率為4Pa/min，達到氣壓為300Pa，偏壓為450V X 10kHz X30%占空比，溫度為500°C，進行等離子體滲氮，時間為6h。滲氮完成后，關偏壓、氨氣，在滲氮爐中將樣品真空冷卻至常溫，出爐。
[0026]再將吊鉤工件經過清洗干燥后放入電弧離子鍍設備的真空室中的卡具上，用真空系統抽真空到0.5 X 10—3Pa，再充入氬氣到2Pa，加偏壓幅值為800V引發輝光等離子體進行離子濺射清洗，時間為5min;啟動Cr靶和A1靶陰極電弧，調整弧電流為60-120A，通入反應氣體N2，氮氣分壓為0.8-2Pa，降低偏壓到300V X 40kHz X 40 %，時間為90min，在構件表面沉積制備CrAIN陶瓷涂層。到時后停弧、停氣、卸偏壓，再經爐冷后取出柱銷。
[0027]經如上工藝處理后，在吊鉤表面得到1.2mm厚，由里向外硬度從基體的650HV提高到1200HV，再提高到2400HV的梯度分布，可以滿足氮化鋼吊鉤在海洋環境或者腐蝕性環境中需要承受沖擊性重載荷、強磨損、耐腐蝕等復雜條件下服役的綜合性能要求。
【主權項】
1.一種氮化鋼的表面載能束復合強化處理方法，其特征在于，先將氮化鋼構件采用載能束技術進行表面強化處理，而后進行等離子體氮化處理，最后進行表面離子鍍硬質涂層處理;具體操作步驟如下: (1)進行激光強化處理 將氮化鋼構件夾持于5kW橫流C02激光器工作臺上，然后用丙酮溶液對構件表面進行清洗，并采用噴槍將氧化硅、紫膠和酒精調制的懸浮液噴涂在預加工表面，以增加構件表面對激光的吸光率;待涂料完全干燥后，啟動激光器和數控機床對氮化鋼構件的加工原點進行定位，而后在大氣環境下采激光掃描軌跡對其進行強化處理:具體工藝參數為激光功率2.0-4.0kW，光斑直徑3_6mm，線掃描速度6_22mm/s ； (2)進行滲氮處理 經表面清理潔凈后氮化鋼構件放進等離子體滲氮爐，關閉滲氮爐，開機械栗抽真空至l-10Pa，通入氨氣使腔室氣壓達到15-30Pa，加500-700V幅值X 5-10kHz頻率X 20-50 %占空比的脈沖偏壓引發輝光放電，用輝光等離子體進行表面清洗8-20min，然后分段升溫升壓；升溫速率為30-40°C/min、升壓速率為2-4Pa/min，最終達到滲氮標準條件；氣壓為300-400Pa，脈沖偏壓為400-700V幅值X 20_40kHz頻率X 20-50 %占空比，滲氮溫度為480-520°C，滲氮時間為6-8h;滲氮完成后，關偏壓、氨氣，在滲氮爐中將樣品真空冷卻至常溫，出爐； (3)進行離子鍍硬質涂層處理 將經滲氮處理的氮化鋼構件經過清洗干燥后放入電弧離子鍍設備的真空室中的卡具上，用真空系統抽真空到0.5-1.0 X 10—3Pa ；再充入氬氣到0.8_4Pa，加脈沖偏壓為600-1000V幅值X 10-40kHz頻率X 60-80 %占空比，引發輝光等離子體進行離子濺射清洗，時間為5-lOmin;啟動陰極靶電弧引發弧光等離子體，調整弧電流為60-120A，通入反應氣體氮氣N2，氮氣分壓為0.8-2Pa，降低偏壓到200-400V幅值X 10_40kHz頻率X 20-40%占空比，時間為30-120min，在構件表面沉積制備氮化物硬質陶瓷涂層，到時后停弧、停氣、卸偏壓，充分爐冷后取出構件。2.如權利要求1所述的一種氮化鋼的表面載能束復合強化處理方法，其特征在于，所述的陰極靶電弧為金屬靶電弧。3.如權利要求1或2所述的一種氮化鋼的表面載能束復合強化處理方法，其特征在于，所述的陰極靶電弧為鈦、鋯、鋁、釩、鈮、鉻靶中的一種或幾種金屬的合金靶。
【專利摘要】本發明屬材料表面改性技術領域，涉及一種氮化鋼的表面載能束復合強化處理方法。將激光強化、等離子體氮化及離子鍍硬質涂層等現代先進載能束技術相結合，在經激光表面淬火預處理后的氮化結構鋼表面進一步進行等離子體氮化處理，以增加氮化深度和提高表面強度，而后再進行離子鍍硬質涂層處理，可形成結構鋼表面強度的梯度提高，會大大提高表面綜合性能，達到材料表面硬度、韌性、耐磨和耐蝕等性能的完美結合。
【IPC分類】C23C14/32, C23F17/00, C23C8/38, C23C14/06, C21D10/00
【公開號】CN105463383
【申請號】CN201510862458
【發明人】王存山, 林國強
【申請人】大連理工大學
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年11月30日