一種快速離子滲氮方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種快速離子滲氮方法。
【背景技術】
[0002]在工程應用中，離子滲氮是一種應用較為廣泛的表面熱處理技術，該技術主要是通過陰極濺射產生活性的氮原子，在試樣表面富集且不斷向基體內部擴散，最終形成滲氮層。
[0003]噴砂處理作為一種表面預處理方法，不僅能夠去除金屬表面雜質與氧化皮，同時還能改變材料表面結構與性能。
[0004]在化學熱處理技術中，滲氮技術包含氣體滲氮、離子滲氮、鹽浴滲氮等。離子滲氮和鹽浴滲氮雖可以獲得一定厚度的滲氮層，但前兩者滲氮周期較長，設備資源利用率不高，而后者則容易對環境造成污染，具有一定的危害性。此外，單一的滲氮技術往往要花費過長的時間才能達到理想的改性層。
[0005]雖然相比于其他的表面改性技術，離子滲氮技術具有滲氮溫度低、工件變形小以及無污染等優勢。但單一的離子滲氮周期較長，極易造成資源浪費，為了擴大離子滲氮技術的進一步廣泛應用，如何縮短生產周期，提高資源利用率和滲氮效率一直是人們密切關注的問題，而采取噴砂處理+離子滲氮方法能夠減少資源的浪費，同時提高生產效率。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題是:基于上述問題，本發明提供一種快速離子滲氮方法。
[0007]本發明解決其技術問題所采用的一個技術方案是:一種快速離子滲氮方法，包括以下步驟:
[0008](I)將原始態鋼加工切割成試樣；
[0009](2)將試樣先后進行調質處理和打磨處理，打磨處理后在有機溶劑中進行超聲清洗、吹干；
[0010](3)將試樣進行噴砂處理，噴砂處理后在有機溶劑中進行超聲清洗、吹干；
[0011](4)將試樣置于離子氮化爐中，抽真空至1Pa以下，通入氫氣濺射30min，爐內壓力保持300Pa，氫氣流量為500ml/min;將爐溫升高到510°C，進行離子滲氮表面處理，保溫時間為4h，保溫結束后，試樣冷卻至室溫。
[0012]進一步地，步驟(I)中原始態鋼為優質碳素結構鋼的一種，優選45鋼，試樣尺寸為1 Omm X 1 Omm X 1 Omnin
[0013]進一步地，步驟(2)中調質處理為先升溫至840°C保溫12min，水冷至室溫，再升溫至580°C保溫30min，空冷至室溫。
[0014]進一步地，步驟(2)中打磨處理為將試樣分別用500#?2000#的SiC砂紙進行打磨至鏡面，打磨處理后試樣浸泡于無水乙醇中進行超聲清洗15min。
[0015]進一步地，步驟(3)中噴砂處理為試樣用46目棕剛玉砂進行噴砂，噴砂時試樣與噴嘴之間的距離為5cm，角度呈45°，噴砂處理時間為<30min，噴砂處理后試樣浸泡于無水乙醇中進行超聲波清洗15min。
[0016]進一步地，步驟(4)中離子滲氮處理具體操作為:采用氫氣和氮氣混合氣體，氮氣與氫氣的流量分別為200ml/min和600ml/min，氣體壓力保持在400Pa。
[0017]進一步地，步驟(4)中冷卻方式為隨爐冷卻，冷卻后采用DM1-3000M型光學金相顯微鏡觀察截面顯微組織，并測量化合物層厚度。
[0018]采用快速離子滲氮方法，處理后的試樣表層獲得優異的化合物層厚度。
[0019]本發明的有益效果是:(I)克服了離子滲氮滲層薄、滲氮效率低的缺點，噴砂處理時，砂粒在氣流的作用下，不斷沖擊試樣表面，使得試樣表層產生塑性變形，引起位錯等一系列表面缺陷;離子滲氮時，試樣表層形成大量活性氫原子和氮原子，由于噴砂處理后間隙的形成，為氮原子和氫原子的擴散提供了更多的通道，從而促進活性氮原子的擴散和吸附，最終達到催滲的效果；(2)操作流程簡單便捷，能夠在短時間內提高滲氮速率與滲層厚度，具有高效、節能的優勢。
【附圖說明】
[0020]下面結合附圖對本發明進一步說明。
[0021 ]圖1是對比例得到的滲層顯微組織圖；
[0022]圖2是實施例1得到的滲層顯微組織圖；
[0023]圖3是實施例2得到的滲層顯微組織圖；
[0024]圖4是實施例3得到的滲層顯微組織圖；
[0025]圖5是45鋼在不同工藝條件(不同噴砂處理時間+離子滲氮處理)下的化合物層厚度對比圖。
【具體實施方式】
[0026]現在結合具體實施例對本發明作進一步說明，以下實施例旨在說明本發明而不是對本發明的進一步限定。
[0027]對比例
[0028]I)將45鋼加工成尺寸為1mmX 1mmX 1mm的試樣；
[0029]2)將試樣進行調質，先升溫至840°C保溫12min水冷至室溫，再升溫至580°C保溫30min水冷至室溫；
[0030]3)將試樣分別用500#?2000#的SiC砂紙進行打磨至鏡面；
[0031]4)將試樣浸泡于20ml的無水乙醇中進行超聲波清洗15min，去除試樣表面氧化物和污漬，吹干待用；
[0032]5)將試樣置于離子氮化爐中，抽真空至1Pa以下，通入氫氣濺射30min，爐內壓力保持300Pa，氫氣流量為500ml/min ；通入氮氣，氮氣流量為200ml/min，氫氣流量為600ml/min，壓力保持為400Pa，將爐溫升高到510°C，進行離子滲氮表面處理，保溫時間為4h，保溫結束后，試樣隨爐冷卻至室溫。
[0033]單一的離子滲氮工藝所獲得的化合物層厚度約為10.0um，見圖1和圖5。
[0034]實施例1
[0035]I)將45鋼加工成尺寸為1mmX 1mmX 1mm的試樣；
[0036]2)將試樣進行調質處理，先升溫至840 °C保溫12min，水冷至室溫，再升溫至580 V保溫30min，水冷至室溫；
[0037]3)將試樣分別用500#?2000#的SiC砂紙進行打磨至鏡面；
[0038]4)將試樣浸泡于20ml的無水乙醇中進行超聲波清洗15min，去除試樣表面氧化物和污漬，吹干待用；
[0039]5)將試樣進行噴砂處理，采用46目棕剛玉砂進行噴砂，噴砂時，試樣與噴嘴之間的距離為5cm，角度呈45°，噴砂處理時間為5min。
[0040]6)將試樣浸泡于20ml的無水乙醇中進行超聲波清洗15min，去除試樣表面殘余砂粒和污漬，吹干待用；
[0041]7)將試樣置于離子氮化爐中，抽真空至1Pa以下，通入氫氣濺射30min，爐內壓力保持300Pa，氫氣流量為500ml/mi