一种稀土化合物辅助加速等离子体渗氮的方法

技术领域

本发明涉及等离子体渗氮技术领域，具体涉及一种稀土化合物辅助加速等离子体渗氮的方法。

背景技术

合金材料如钢铁材料、钛合金材料等等由于优异的力学性能广泛应用于机械、汽车和航空航天等各个领域。为了提高这些材料的服役性能，等离子体渗氮技术被应用，提高这些材料的硬度、摩擦磨损性能、耐腐蚀性和疲劳性能等。合金材料的最终服役性能直接取决于渗层的厚度和性能，尤其是疲劳性能依赖于厚的渗层。提高渗层的厚度的传统办法就是提高渗氮温度和延长渗氮时间，从材料性能上来说，这些办法可能导致氮化层晶粒长大，降低渗氮层的性能；从工艺角度来说，这些办法增加了能耗，降低了生产效率。因此，开发新的加速等离子体渗氮的方法具有重要的应用价值。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

本发明的目的在于解决等离子体渗氮时为了提高渗层导致氮化层晶粒长大、增加了能耗，降低了生产效率的问题，提供了一种稀土化合物辅助加速等离子体渗氮的方法。

为了实现上述目的，本发明公开了一种稀土化合物辅助加速等离子体渗氮的方法，包括以下步骤：

S1：用砂纸将试样打磨，并进一步抛光至镜面状态，在丙酮或酒精溶液中清洗干净；

S2：配制稀土化合物前驱体溶液；

S3：将步骤S2得到的稀土化合物前驱体溶液涂覆于步骤S1得到的试样表面制备稀土化合物薄膜；

S4：将步骤S3得到的试样放入炉中，通入含氮气体和保护气，对试样进行等离子体渗氮。

所述步骤S1中试样为钢铁、钛合金、铝合金中的一种。

所述步骤S2中的稀土化合物前驱体溶液包括钙钛矿型化合物；所述钙钛矿型化合物为LaFeO

所述步骤S3中稀土化合物前驱体溶液采用悬涂或刮涂的方式涂覆于试样表面；制备的薄膜厚度小于5μm。

所述步骤S4中含氮气体为氨气或氮气中的一种；保护气为氢气或氩气中的一种。

所述步骤S4中等离子体渗氮过程中稀土化合物膜必须被等离子体轰击至破裂；采用的方式为对试样进行保护气体预轰击清洗或延长等离子体渗氮时间。

等离子体渗氮方法包括脉冲辉光等离子体渗氮、空心阴极等离子体渗氮、热丝弧等离子体渗氮、阴极电弧等离子体渗氮等。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明针对材料渗氮效率低，提出一种稀土化合物辅助加速等离子体渗氮的方法，提高材料的渗氮效率，降低渗氮成本和能耗，等离子体渗氮表面层的硬度提高，耐磨性提高，相同温度和时间下，稀土化合物辅助等离子体渗氮层的厚度增加，渗层硬度梯度分布更均匀，有利于提高材料件的承载能力。

附图说明

图1为本发明实施例1中38CrMoAl钢稀土辅助等离子体渗氮后的表面微观形貌；

图2为本发明实施例1中38CrMoAl钢稀土辅助等离子体渗氮和对比例中38CrMoAl钢等离子体渗氮后的金相微观形貌；

图3为本发明实施例1中38CrMoAl钢稀土辅助等离子体渗氮和对比例中38CrMoAl钢等离子体渗氮后的显微硬度分布；

图4为本发明实施例2中38CrMoAl钢稀土辅助等离子体渗氮和对比例中38CrMoAl钢等离子体渗氮后的显微硬度分布；

图5为本发明实施例3中38CrMoAl钢稀土辅助等离子体渗氮和对比例中38CrMoAl钢等离子体渗氮后的显微硬度分布。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例1

步骤1：用砂纸将38CrMoAl钢试样打磨，并进一步抛光至镜面状态，在丙酮或酒精溶液中清洗干净；

步骤2：称量La(NO

步骤3：利用悬涂法(悬涂机4000r/min)在步骤1的试样表面制备稀土化合物薄膜(厚度小于5μm)；

步骤4：将试样放入炉中，通入氮气和氢气，对步骤三镀膜的试样进行等离子体渗氮，渗氮温度520℃，渗氮时间为4h。

得到的经稀土辅助等离子体渗氮后的38CrMoAl钢的表面微观形貌如图1所示，发现表面稀土化合物薄膜已经出现开裂，EDS显示裂缝区(a位置)无稀土元素，小块的薄膜区(b位置)包含La、O等元素。

实施例2

步骤1：用砂纸将38CrMoAl钢试样打磨，并进一步抛光至镜面状态，在丙酮或酒精溶液中清洗干净；

步骤2：称量La(NO

步骤3：利用悬涂法(悬涂机6000r/min)在步骤1的试样表面制备稀土化合物薄膜(厚度小于5μm)；

步骤4：将试样放入炉中，通入氮气和氢气，对步骤三镀膜的试样进行等离子体渗氮，渗氮温度520℃，渗氮时间为4h。

实施例3

步骤1：用砂纸将38CrMoAl钢试样打磨，并进一步抛光至镜面状态，在丙酮或酒精溶液中清洗干净；

步骤2：称量Ce(NO

步骤3：利用悬涂法在步骤1的试样表面制备稀土化合物薄膜(厚度小于5μm)；

步骤4：将试样放入炉中，通入氮气和氢气，对步骤三镀膜的试样进行等离子体渗氮，渗氮温度520℃，渗氮时间为4h。

对比例

步骤1：用砂纸将38CrMoAl钢试样打磨，并进一步抛光至镜面状态，在丙酮或酒精溶液中清洗干净；

步骤2：将试样放入炉中，通入氮气和氢气，对步骤1的试样进行等离子体渗氮，渗氮温度520℃，渗氮时间为4h。

实施例1和对比例中38CrMoAl钢稀土辅助等离子体渗氮后的金相胃管形貌如图2所示，(a)为实施例38CrMoAl钢稀土辅助等离子体渗氮后的金相微观形貌，(b)为对比例38CrMoAl钢等离子体渗氮后的金相微观形貌，由图可已明显看出实施例稀土辅助等离子体渗氮层的层厚更大。

实施例1中38CrMoAl钢稀土辅助等离子体渗氮和对比例中38CrMoAl钢等离子体渗氮后的显微硬度分布如图3所示，可以看出实施例1稀土辅助等离子体渗氮的渗层表面硬度更高，渗层更厚。

实施例2中38CrMoAl钢稀土辅助等离子体渗氮和对比例中38CrMoAl钢等离子体渗氮后的显微硬度分布如图4所示，可以看出实施例2稀土辅助等离子体渗氮的渗层表面硬度更高，渗层更厚。

实施例3中38CrMoAl钢稀土辅助等离子体渗氮和对比例中38CrMoAl钢等离子体渗氮后的显微硬度分布如图5所示，可以看出实施例3稀土辅助等离子体渗氮的渗层表面硬度更高，渗层更厚。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。