一种300M钢表面耐磨碳氮共渗层及其制备方法.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CN112795865A(43)申请公布日2021.05.14(21)申请号202011608301.4(22)申请日2020.12.30(71)申请人南京航空航天大学地址210000江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人梁文萍尹孟娟缪强左士伟于海洋林浩程家乐刘阳阳(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人殷星(51)Int.Cl.C23C8/38(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称一种300M钢表面耐磨碳氮共渗层及其制备方法(57)摘要本发明公开一种300M钢表面耐磨碳氮共渗层及其制备方法，采用双层辉光等离子技术在300M钢表面制备出致密碳氮共渗层，即（1）清洗与填装样品：首先将300M逐级打磨抛光至镜面后，在酒精中超声清洗15分钟吹干备用，装炉前打磨干净炉体内壁及靶材，然后用酒精擦拭干净；（2）石墨靶材和300M钢的距离为12～16mm，炉内工作气压为35Pa,源极电压为950～1000V，阴极电压为500～550V，工作时间为4～6h，以氩气为工作气体，氮气为反应气体，得到100～110μm厚的碳氮共渗层。本发明制得的碳氮共渗层由沉积层，外扩散层，互扩散层组成，有效提高了300M钢表面硬度，承载能力以及摩擦磨损性能。CN112795865ACN112795865A权利要求书1/1页1.一种300M钢表面耐磨碳氮共渗层，其特征在于：采用双层辉光等离子技术制备渗入300M低合金超高强度钢表面的涂层，所述涂层为梯度结构，涂层表面为碳氮共渗层，厚度为100～110μm，表面硬度为700HV0.5，所述碳氮共渗层的相由γ′Fe4(C,N),ε‑Fe3(C,N)和CrN组成，最外层为碳氮沉积层，中间层为碳氮外扩散层，内部为碳氮互扩散层，最外层碳氮沉积层的截面形貌呈少量锯齿状微凸起结构，沉积层表面为均匀致密的平面结构；碳氮外扩散层中氮元素及碳元素均呈向外扩散趋势，渗层截面形貌均匀致密；在碳氮互扩散层中氮元素向外富集，从表层到基体氮元素呈下降趋势，而碳元素向内扩散，渗层均匀致密。2.根据权利要求1所述的一种300M钢表面耐磨碳氮共渗层，其特征在于：所述碳氮共渗层的厚度为105μm。3.基于权利要求1所述的一种300M钢表面耐磨碳氮共渗层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤步骤1，基体材料预处理首先将300M钢加工成尺寸为15mm×15mm×5mm的试样，再依次用150#、400#、800#、1200#、2000#防水砂纸打磨后放入抛光机上打磨成镜面，最后放入盛有无水乙醇的烧杯中进行超声波清洗，吹干备用;步骤2，填装样品试样装炉前用砂纸打磨炉体内壁和实验靶材，然后用酒精擦拭以去除表层杂质，将预处理后的试样和高纯石墨靶装入双层辉光等离子炉内，300M钢置于正对靶材的基台上作为阴极，石墨靶材作为源极，以氩气为主要电离气体，氮气为反应气体;步骤3，降低真空度关闭双层辉光等离子炉体，开启机械泵，当真空室内气体气压抽至0.1Pa时，打开氩气瓶阀门，调节氩气流量，持续通入氩气进行气体清洗10分钟;步骤4，起辉溅射开启偏压电源柜预热电源15分钟，起辉时调节工件电压至500V，进行10分钟工件表面清洗；步骤5，双层辉光等离子方法制备碳氮共渗层将石墨靶材和300M钢的距离控制在12～16mm，调节双层辉光等离子炉体内的气压至35Pa,源极电压控制在950～1000V，阴极电压控制在500～550V，溅射时间为4～6h，然后在碳氮共渗氛围里进行碳氮共渗提高沉积层和基体的结合力，其中氮气和氩气的流量比值为1～3,石墨靶材为直径100mm,厚4mm的圆盘多孔蜂窝状材料，快速加热工件至850℃‑900℃，然后持续保持稳定直至试验结束，从而得到碳氮共渗层；步骤6，保温出炉达到保温时间后，开始缓慢降压，阴极电压调节幅度为：5V、10V、15V，降至300V后直接调至0；源极电压调节幅度为：10V、20V、30V降至300V后直接关闭至0，2h后关闭循环水，实验结束。2CN112795865A说明书1/6页一种300M钢表面耐磨碳氮共渗层及其制备方法技术领域[0001]本发明属于钢铁材料表面改性技术领域，具体涉及一种300M钢表面耐磨碳氮共渗层及其制备方法。背景技术[0002]300M钢（40CrNi2Si2MoVA）是源于美国的一种低合金超高强度钢，我国于上世纪90年代初期成功仿制，主要用于制作飞机起落架。近年来随着国内航空航天科技的快速发展，具有自主知识产权的战斗机和民用飞机越来越多，如歼‑20、蛟龙‑600、C919等等，无一不是每个中国人的骄傲。300M钢是一种几近完美的起落架材料，虽然美国和日本一些国家已经更换了起落架钢种，但是，