一种低温高效离子氮铝共渗表面改性方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114231894A(43)申请公布日2022.03.25(21)申请号202111455003.0(22)申请日2021.12.01(71)申请人常州大学地址213164江苏省常州市武进区滆湖中路21号(72)发明人胡静康前飞魏伟(74)专利代理机构常州市英诺创信专利代理事务所(普通合伙)32258代理人王志慧(51)Int.Cl.C23C12/02(2006.01)C25D9/08(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图5页(54)发明名称一种低温高效离子氮铝共渗表面改性方法(57)摘要本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种低温高效离子氮铝共渗表面改性方法。该方法首次实现了低温条件下离子氮铝共渗，先将工件放进硝酸铝的溶液中进行电解，电解生成的絮状氢氧化铝沉淀附着在工件表面；然后将工件放进离子渗氮炉中，H2溅射40分钟，通入N2调节氮氢比，当温度达到设定420℃‑520℃时保温4h，实现低温氮铝共渗。本发明的有益效果为：通过在工件表面形成AlN、FexAl、Fe4N等物相，实现低温条件下高效氮铝共渗，显著改善工件表面性能，满足严苛的服役条件。CN114231894ACN114231894A权利要求书1/1页1.一种低温高效离子氮铝共渗表面改性方法，其特征在于，所述方法具体步骤如下：(1)将金属试样用1500目砂纸打磨后接在直流电源阴极，阳极为纯铝，放入硝酸铝溶液中调节电流密度进行电解；(2)将电解沉积附着氢氧化铝的试样放入离子渗氮炉中，抽真空、调节电压、电流起辉通入氢气，进行氢气溅射40分钟，清洁试样表面；(3)溅射结束后，通入氮气，调节氮气氢气比例及压力，达到设定的温度后保温，进行离子氮铝共渗；(4)待试样随炉冷却至室温后，取出附着氢氧化铝沉淀的试样，进行测试分析。2.根据权利要求1所述的低温高效离子氮铝共渗表面改性方法，其特征在于：步骤(1)中直流电源型号为ITECH‑IT6721，工作电压为1.5V‑5V，工作电流为0.1A‑0.5A。3.根据权利要求1所述的低温高效离子氮铝共渗表面改性方法，其特征在于：步骤(1)中硝酸铝溶液浓度为30g/L，电流密度为25‑100ma/cm2，电解时间为10min。4.根据权利要求1所述的低温高效离子氮铝共渗表面改性方法，其特征在于：步骤(2)中真空离子渗氮炉的型号为LDMC‑8CL，极限真空度6.7Pa，工作电流2‑3A，工作电压为650‑700V，通入氢气流量为600ml/min。5.根据权利要求1所述的低温高效离子氮铝共渗表面改性方法，其特征在于：步骤(2)中试样摆放的方法为：将附着氢氧化铝沉淀的试样摆放在阴极盘上，并且最小间隔距离为10mm。6.根据权利要求1所述的低温高效离子氮铝共渗表面改性方法，其特征在于：步骤(3)中氮氢体积比为1:3，氮氢气体总流量为700ml/min。7.根据权利要求1所述的低温高效离子氮铝共渗表面改性方法，其特征在于：步骤(3)中渗氮气氛压力为600Pa，保温温度420℃‑520℃，保温时间为4小时。8.根据权利要求1‑7任一项所述方法得到的离子氮铝共渗表面。2CN114231894A说明书1/5页一种低温高效离子氮铝共渗表面改性方法技术领域[0001]本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种低温高效离子氮铝共渗表面改性方法。背景技术[0002]离子渗氮在金属表面热处理中应用广泛，有着变形小，无污染及精度高的优势。然而单一离子渗氮存在如下不足：一方面是工艺效率不高，具体体现在要获得满足厚度要求的渗层通常需要70‑80小时保温，极大浪费资源；另一方面是渗层硬度达不到某些严苛服役环境要求的极高表层硬度。[0003]渗铝是向钢中渗入铝元素，并在工件表面形成高硬度铁铝金属间化合物，显著提升工件表面性能。与常规离子渗氮相比，渗铝的明显优势是：表层硬度提高30％以上，且耐高温氧化性、耐腐蚀性、耐磨损性等都进一步改善。然而，常规渗铝必须在高温下才能进行，渗铝温度通常在800‑1000℃，如此高温条件无疑对零部件基体组织和性能不可避免带来负面影响。同时，因为铝的熔点较低，无法像其它合金元素一样通过直接放入离子渗氮炉里，实现离子氮铝共渗。基于此，开发一种低温高效离子氮铝共渗表面改性方法具有重要价值。发明内容[0004]基于背景技术部分指出的问题，本发明提供了一种低温高效离子氮铝共渗表面改性方法，解决铝熔点较低无法像其它合金元素一样通过直接放入离子渗氮炉里进行离子氮铝共渗的难题。并达到在低温条件下快速高效实现离子氮铝共渗，显著改善渗层综合性能的显著效果，表面硬度由常规离子渗氮的850HV提高至1250HV，提升近1.5倍，有效硬化层由175um提高至1050um，提升效率近6