一种富Cr离子渗氮层及其制备方法和应用技术

一种富Ｃｒ离子渗氮层，其特征在于：该渗层是在不锈钢表面上渗氮的同时使得Ｃｒ富集于氮化层中，获得的渗层中Ｃｒ含量为２０－４０ｗｔ％，渗层硬度在Ｈｖ↓［０．３］４００－８００范围内、渗层厚度在０．０２－０．１毫米范围内可调。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及离子渗技术，具体为一种能够抑制渗层脆性开裂的富Cr离 子渗氮强化层及其制备方法和应用，可作为双密封、双紧固支撑的双保险 高强度耐压双卡套式管接头中，由不锈钢制成的后卡套的表面功能性强化 层得到应用。
技术介绍
-管道是各种流体的载体，被广泛应用于社会的各行各业，它不仅在工 农业生产、国防和科学研究中起着重要的作用，而且在大家的日常生活中 也具有不可替代的作用。随着各项科学技术的不断发展，管道的应用范围 越来越广，其连接方式得到逐步更新，对管道的安装施工及其可靠性提出 了更高的要求，卡套式管接头因此而产生。卡套式管接头是一种便捷、可靠，易于安装拆卸的中高压管路的联接 方式。最早由德国ERMETO公司于1930年专利技术，经过半个多世纪的发展， 卡套式管接头已成为世界上最为先进的一种管接头。由于其采用了独特的 卡套连接原理，结构合理、使用方便，不需要扩口、不需焊接，也不需任 何特殊的装配工具。目前，卡套式管接头广泛应用于油、气及腐蚀性介质 的管路系统中，工作压力高达40MPa。因此，被广泛应用于化工、机械、 电子、电力、航天、军工、医药、轻工和科研等行业。目前，单卡套式管接头的缺点主要是，由于接头体热处理后硬度不够， 多次拆卸后接头体内锥面上会产生伤痕，影响密封性能；而接头体的连接 螺纹、螺母的螺纹均为精度不高的普通级细牙螺纹，后一次装配螺母要比 前一次多旋紧一点点，多次拆装后，易造成接头体上的连接螺纹和螺母变 形，脱丝，造成接头体、螺母报废。在单卡套式管接头广泛应用于液压管路连接的时候，有一种新型概念 (密封机理不同)的双卡套式管接头问世，由于其精湛的工艺，优良的品 质，优美的外观，优秀的"0"泄漏的密封性能，异军突起，在机械、液压、 空调、航天等领域大展身手，成为一种优秀的管路连接方式。双卡套式管接头在我国的应用从上世纪80年代引进国外产品开始，已 经有20多年的历史。随着我国工业化水平的不断提高，其应用范围不断扩 大，需求量不断增加，同时，其独特可靠的性能优势正在被社会认识和接 受。但是，由于目前双卡套式管接头都是从国外进口，成本太高而无法实 现批量，从而阻碍了其进一步的推广应用。由于双卡套式管接头的诸多优点，从上世纪90年代以来，我国国内许多企业开始仿制生产，但至今产品性能与国外进口产品相比仍差距很大， 很多要求较高的企业还是要花高价从国外进口，并且需求量很大。普通的离子渗层硬而脆，渗层易于开裂，因此最大的问题是如何改变 渗层的组织结构，使涂层的脆性开裂倾向减小，以及设计合理的基体-涂层 界面梯度，使渗层与基体有良好的结合强度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种富Cr离子渗氮层及其制备方法和应用，它 是能够调整不锈钢表面渗氮层硬度、厚度和组成的离子渗工艺技术，解决 不锈钢制成的管道连接用后卡套的表面功能性强化问题。本专利技术的技术方案是一种富Cr离子渗氮层，该渗层是在不锈钢表面上渗氮的同时使得Cr 富集于氮化层中，获得的富Cr渗氮强化层中Cr含量为20-40wtQ/。，渗层硬 度在Hvo.3400-800范围内、渗层厚度在0.02-0.1毫米范围内可调。所述富Cr离子渗氮层的制备方法，以不锈钢为基底材料，利用低温离 子渗技术得到富Cr渗氮功能性强化层，具体歩骤如下(1) 除去基底材料(工件)表面上的油污，在有机溶剂中超声清洗；(2) 将洗净后的工件装入离子渗设备的真空室内；(3) 工件装入真空室后，抽真空至0.4Pa-lPa;(4) 通氩气对工件进行离子轰击清洗通纯氩使真空室内压力至 5Pa-10Pa，给工件加负偏压由0伏并逐渐升至600-850伏同时进行离子轰击 清洗3-5分钟(即升压同时进行离子轰击清洗，负偏压升至600-850伏时清 洗完毕)；(5) 调整氨气流量使得真空室内压力至50Pa-500Pa、给工件加负偏压 由0伏并逐渐升高至420-800伏，同时通过离子轰击使得工件温度逐渐升高 到43(TC-56(TC (即升压同时进行离子轰击，达到所需温度时，升压、轰击停止)，保温30分钟-50分钟；然后，在3-5分钟内逐渐减少氨气流量至0， 与此同时导入氩气并逐渐增加其流量使得真空室压力保持在50Pa-500Pa， 继续保温20-60分钟后随炉冷却至200°C以下取出，得到富Cr渗氮层。所述的去除油污是将工件浸入三氯乙烯有机溶液中进行刷洗；超声清 洗是把工件放入三氯乙烯有机溶液中通过超声波清洗机清洗，使工件获得 洁净和活性化的表面。所述的富Cr渗氮层制备方法是采用离子渗技术，首先通过控制在一定 时间内氨气流量、真空室压力以及轰击功率进行离子渗氮，然后导入氩气 并进行离子轰击使得合金基体中的Cr富集于渗氮层中而获得富Cr渗氮层。本专利技术富Cr离子渗氮技术可应用于不锈钢制成的管道连接用后卡套的 表面功能性强化。本专利技术的优点及有益效果是1、 本专利技术利用富Cr离子渗氮层的高硬度，良好的耐腐蚀性能以及较 常规渗氮层得到大幅度改善的渗层塑韧性，采用离子渗技术在不锈钢合金 基材表面上获得富Cr离子渗氮层，从而可以得到能够提高渗层与基体之间 结合强度高、能有效抑制渗层的开裂和剥落的高强度、耐腐蚀富Cr离子渗 氮层。2、 本专利技术经过科学的分析和技术优选，采用富Cr渗氮技术作为工作 温度低于560°C、工作压力低于40MPa，腐蚀环境条件下的不锈钢制管道连 接用后卡套的表面功能性强化，使得渗层强度、塑韧性和耐腐蚀性能得到 有机结合。富Cr渗氮层可应用于由不锈钢合金制成的管道连接用后卡套的 表面功能性强化，不仅可以显著提高基体材料的表面强度、保证芯部材料 具有足够的塑韧性和耐腐蚀性能，而且渗层与基体结合强度高并能有效地 抑制裂纹的生成和扩展，显著改善了常规渗氮层容易开裂和剥落的现象。3、 本专利技术富Cr渗氮层的制备方法简单易行、成本较低。本专利技术以不 锈钢为基底材料，采用离子渗技术制备富Cr渗氮层。经过表面去除油污、 在有机溶剂中超声清洗后，将试样置入离子渗设备的真空室内，抽真空、 加热到一定的真空度和温度，通氩气对工件进行离子轰击清洗，于选定的 时间周期内调整氨气、氩气流量、真空室内压力、轰击功率和保温温度、 时间，获得富Cr渗氮层。该富Cr渗氮层的渗层厚度和硬度可调、渗层中 Cr含量高，渗层不仅具有足够的表面强度、良好的塑韧性和耐腐蚀性能， 而且抑制渗层开裂和剥落的作用尤为显著。4、采用本专利技术制备的富Cr渗氮层具有优良的综合性能，渗层中Cr含 量为20-40wt%，渗层硬度在Hv。.3400-800范围内、渗层厚度在0.02-0.1毫 米范围内根据需要进行调整。这种富Cr渗氮层的主要优点有(1)渗层与 基体之间的结合强度高，1千万次耐振动试验后未发现渗层剥落现象；(2) 可以有效地抑制渗层的开裂和剥落；(3)适当的表面强度、良好的塑韧性 和耐腐蚀性能；(4)优越的抗疲劳性能。(5)工艺简单，成本低，无污染。附图说明图l富Cr渗氮处理后不锈钢制管道连接用后卡套照片。 图2实施例1富Cr渗氮层的端面形貌。具体实施例方式实施例1经过表面去除油污、在三氯乙烯有机溶剂中超声清洗10分钟后，将316 不锈钢后卡套取出并置入离子渗设备的真空室内，抽真空至1Pa，通纯氩使 真空室内压力至5Pa，给工件加负偏压由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种富Ｃｒ离子渗氮层，其特征在于：该渗层是在不锈钢表面上渗氮的同时使得Ｃｒ富集于氮化层中，获得的渗层中Ｃｒ含量为２０－４０ｗｔ％，渗层硬度在Ｈｖ↓［０．３］４００－８００范围内、渗层厚度在０．０２－０．１毫米范围内可调。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于志明，韩恩厚，徐家寅，朱义芳，尹春生，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，江苏星河集团有限公司，
类型：发明
国别省市：89