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提高不銹鋼表面耐磨性的表面處理技術
來源: | 作者:東啟特鋼 | 發布時間: 2021-06-24 | 36 次瀏覽 | 分享到:
提高不銹鋼表面耐磨性的表面處理技術

  提高不銹鋼表面耐磨性的表面處理技術


  1.介紹


  不銹鋼因其優異的耐腐蝕性而被廣泛應用于石油、化工、航空航天、醫藥、造紙、原子能、海洋工程和裝飾工程。但不銹鋼的硬度通常較低(通常為200~250 HV),耐磨性較差,表面容易起霜,不僅會影響裝飾產品的美觀,而且表面出現微劃痕時會形成腐蝕性的微孔,從而降低產品的耐腐蝕性,導致產品過早報廢?;诓讳P鋼的傳動軸、嚙合件或動配合件,由于不銹鋼柔軟不耐磨、表面強度低、摩擦系數大等因素,經常會發生嚙合或卡死。為了提高不銹鋼的耐磨性,許多學者對不銹鋼表面進行了各種處理和強化研究,如通過化學鍍在不銹鋼表面沉積耐磨涂層,可以提高產品的表面硬度,保證產品的耐腐蝕性。本文簡要總結了涂層技術和表面改性處理在提高不銹鋼耐磨性方面的技術局限性和優勢,并展望了提高不銹鋼耐磨性的發展方向。

模具鋼

  2.不銹鋼表面涂層技術


  2.1、化學鍍


  化學鍍是由A.Brenner和G.Riddell于1947年提出的一種沉積未拋光鎳的鍍覆方法,是一種無需外加電源沉積金屬的可控氧化還原反應過程。與電鍍相比,化學鍍具有以下優點:可以在復雜零件表面沉積均勻的鍍層;自潤滑性好;涂層厚;差距少;設備簡單,操作方便;涂層具有特殊的機械、物理和化學性能。其缺點是鍍液使用壽命短,廢水多,鍍速慢,成本高。


  化學鍍提高不銹鋼耐磨性的主要途徑是鍍鎳及其合金鍍層。鍍鎳前需要進行特殊的預處理,以去除不銹鋼表面的鈍化膜,提高不銹鋼與鍍層的附著力。不銹鋼化學鍍鎳包括單層化學鍍鎳、雙層化學鍍鎳和含垢不銹鋼單層化學鍍鎳。


  在316L不銹鋼基體上獲得了具有良好結合力的化學鍍鎳層。在保證產品原有光澤度的前提下,涂層的硬度比原來的不銹鋼基材有很大的提高,為提高不銹鋼產品的耐磨性和抗劃傷性提供了有效的解決方案。藝英仔,飯豆吳等。還成功地通過化學鍍在420不銹鋼基體上沉積了Ni2PPNi2W2P合金鍍層,并進行了適當的熱處理。發現Ni2W2P合金鍍層比Ni2P合金鍍層具有更高的顯微硬度和化學穩定性。劃痕試驗表明,合金涂層的耐磨性比不銹鋼基體有明顯提高。


  2.2、物理氣相沉積


  物理氣相沉積(PVD)技術使用蒸發或濺射從靶源去除材料,然后使用真空或半真空空間將這些攜帶能量的粒子沉積在襯底或部件的表面上以形成薄膜。物理氣相沉積包括真空蒸發(VE)、濺射鍍膜(SIP)、離子鍍(IP)等。根據加熱蒸發源的分類,真空蒸發包括電阻加熱蒸發、電子束加熱蒸發、感應加熱蒸發等;濺射鍍膜包括磁控濺射沉積、離子束濺射鍍膜等。其中真空蒸發是一種早期的鍍膜技術,膜層附著力低,目前應用不廣泛。然而,陰極濺射和離子鍍得到的薄膜具有較高的結合力,其應用范圍正在擴大。物理氣相沉積涂層的實用領域有:裝飾膜、裝飾耐磨膜、耐磨超硬膜、減摩潤滑膜等。


  用磁過濾沉積裝置(FCAP)在1Cr18Ni9Ti不銹鋼上沉積的氮化鈦涂層具有較高的硬度和膜基附著力,在1N和3N載荷下表現出較低的摩擦系數和良好的耐磨性。


  2.3、化學氣相沉積


  化學氣相沉積(CVD)技術是指混合氣體在高溫下與襯底表面的相互作用,使混合氣體中的一些成分分解,在襯底上形成金屬或化合物的固體薄膜或薄膜涂層。其特點如下:


  (1)涂層致密均勻,可以很好地控制涂層的密度、純度、結構和晶粒尺寸;


  (2)由于沉積溫度高,涂層與基體的結合強度高;


  (3)沉積可以在大氣壓或低于大氣壓下進行;


  (4)沉積層一般為柱狀晶體結構,不耐彎曲。


  采用離子滲氮-等離子體增強化學氣相沉積技術對1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼進行了表面處理,并對處理層的組織和性能進行了研究。結果表明,復合處理層具有優異的膜基結合強度,其耐磨性較不銹鋼基體有顯著提高。該工藝采用射頻(13156 MHz)等離子體增強化學氣相沉積工藝。腐蝕環境下的對比實驗表明,薄膜樣品與基體的摩擦系數分別約為0.1和0.5,前者的磨損量明顯低于后者。


  2.4、熱噴涂


  熱噴涂是利用一些熱源將涂層材料加熱到熔融或半熔融狀態,同時借助火焰流和高速氣體將其霧化,推動這些霧化顆粒噴涂到基體表面,沉積出具有一定功能的涂層。熱噴涂可以為工件表面提供耐磨、耐腐蝕和耐高溫的涂層。涂層材料與基體之間通常有三種結合方式:機械結合、物理結合和冶金結合。隨著低壓等離子噴涂、高能高速等離子噴涂和高速火焰噴涂技術的出現,涂層的性能得到了進一步提高:孔隙率可降低到0.5%~1%;涂層與基體的結合強度可達70~140兆帕。


  等人分別采用高速火焰噴涂(HVOF)技術和等離子噴涂(ASP)技術在0Cr13Ni5Mo不銹鋼基體上制備了鐵基非晶合金涂層和鐵基非晶納米晶涂層,并研究了兩種涂層在室溫下的摩擦磨損特性。結果表明,兩種噴涂工藝制備的鐵基涂層具有較高的顯微硬度和較小的孔隙率,致密的結構和典型的層狀結構,提高了涂層的耐磨性。


  2.5、電鍍


  為了彌補不銹鋼柔軟、耐磨、摩擦系數高等弱點,常采用電鍍的方法來提高不銹鋼傳動軸等配合件的表面硬度和自潤滑性能。不銹鋼是一種表面極度鈍化的金屬。電鍍前必須去除鈍化膜。經過除油、浸漬、活化、預鍍鎳和電鍍,可獲得鉻、鋅、銅、錫和貴金屬鍍層。


  在不銹鋼水輪機的基體金屬上電鍍稀土鉻,具有周期性反相。涂層厚度約為0.3毫米。涂層由金屬基相和第二相稀土鹽顆粒組成。涂層硬度可達900~1000 HV。涂層的耐磨性是母材的25~28倍。產品使用壽命比原不銹鋼零件長2~6倍。


  3.不銹鋼表面改性處理


  3.1.離子注入


  離子注入是利用加速分離的高能離子束作用于材料表面,從而產生一定厚度的注入層,從而改變材料的表面特性。具體方法如下:工件(金屬、合金、陶瓷等。)置于離子注入機的真空靶室中,在幾十至幾百千伏的電壓下,將所需元素的離子加速、聚焦并注入工件表面。離子注入可以獲得過飽和固溶體、亞穩相、非晶態、平衡合金等不同的結構,大大提高了工件的使用性能。


  它的優點是:


  (1)任何元素都可以注入,不受固溶度和擴散系數的影響;


  (2)可以精確控制元素的注入量,實現大面積局部表面改性;


  (3)真空進行,工件表面不會被氧化;


  (4)可獲得兩種或兩種以上不同性能的復合涂層,對工件尺寸影響不大;


  (5)借助磁分析儀,可以獲得純離子束電流。


  (6)離子注入直線度和側向膨脹小,適合微細加工;


  (7)高速離子可以通過薄膜注入金屬基底,在薄膜與基底的界面形成合金層,增強薄膜與基底的結合力,實現輻射增強合金化和離子束輔助增強附著力。


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