利用W-Cr-Mo-Nb合金化提高M50钢高温摩擦磨损抗力的方法技术

利用W‑Cr‑Mo‑Nb合金化提高M50钢高温摩擦磨损抗力的方法，涉及一种M50钢改性方法。本发明专利技术为了解决M50钢高温摩擦磨损抗力低的问题。本发明专利技术方法：步骤一、对M50钢工件表面进行预处理；步骤二、然后预辐照；步骤三、然后将工件的待处理面依次用用Nb靶材、Mo靶材、Cr靶材、W靶材进行磁控溅射；步骤四、然后电子束辐射，冷却15～30min后取出在空气中冷却，即完成了提高M50钢高温摩擦磨损抗力。本发明专利技术方法降低M50钢的高温摩擦系数，提高高温摩擦磨损抗力。

【技术实现步骤摘要】
利用W-Cr-Mo-Nb合金化提高M50钢高温摩擦磨损抗力的方法
本专利技术涉及一种M50钢改性方法；具体涉及利用W-Cr-Mo-Nb合金化提高M50钢高温摩擦磨损抗力的方法。
技术介绍
作为一种新型的技术，大面积强流脉冲电子束辐照通过电子枪产生能量密度极高的电子束脉冲轰击材料表面，在电子束产生的瞬时高温下，使材料表面发生瞬时熔化与凝固，获得表面细小组织或非平衡相，实现材料表面性能的改变。通过采用磁控溅射在基体表面沉积一层合金化层，然后采用电子束辐照可以使得合金层与基体同时发生熔化与凝固，从而实现合金化。所获得的合金化层与基体间为冶金结合，彻底解决了其他方法制备涂层与基体之间结合力弱的问题。此外由于电子束辐照能量集中，时间极短，因此只有近表层极少的材料发生熔化，基体材料大部分仍处在室温，因此该方法不会改变材料表面的粗糙度。这尤其适用于轴承类精密材料的表面性能优化。M50钢作为一种常用的轴承钢，常被用作航空发动机轴承，汽轮机轴承等高温摩擦工况。在这些工况下，比较好的轴承需要高温力学性能稳定性好，尤其是需要高温下摩擦系数小，尤其是要考虑润滑油中断情况下，轴承与轴瓦之间的摩擦系数要小，避免产生摩擦系数增加导致温度升高，温度升高又导致摩擦系数增加的情况。
技术实现思路
本专利技术针对M50钢高温摩擦磨损抗力的问题，提供了利用W-Cr-Mo-Nb合金化提高M50钢高温摩擦磨损抗力的方法。本专利技术将磁控溅射与强流脉冲电子束辐照工艺相结合在M50钢表面进行W-Cr-Mo-Nb合金化处理，以降低M50钢的高温摩擦系数，提高高温摩擦磨损抗力。本专利技术中利用W-Cr-Mo-Nb合金化提高M50钢高温摩擦磨损抗力的方法是通过下述步骤完成的：步骤一、对M50钢工件表面进行预处理；步骤二、然后预辐照；步骤三、然后将工件的待处理面依次用Nb靶、Mo靶材、Cr靶材、W靶材材进行磁控溅射；步骤四、然后电子束辐射，冷却15～30min后取出在空气中冷却，即完成了提高M50钢高温摩擦磨损抗力。进一步限定，步骤一中预处理是由下述步骤实现的：将M50钢工件表面用320#，600#，800#，1000#，1500#和2000#的砂纸进行逐级打磨，并用金刚石抛光剂将试样抛光成表面粗糙度Ra≤0.1μm，之后依次用丙酮和无水乙醇超声清洗，超声清洗时间均为10min，吹干。进一步限定，步骤二预辐照是按下述步骤进行的：步骤2.1：将预处理后M50钢工件的放置在真空室内的工作台上，待处理面面向电子枪；步骤2.2：然后抽真空至4×10-4Pa～7×10-4Pa，再向真空室内持续通入氩气，再在气压0.04Pa～0.08Pa、加速电压控制在30kv条件下辐照50～100次。进一步限定，步骤三中Nb靶材磁控溅射是按下述步骤操作的：抽真空至6×10-4Pa，待抽完真空之后，向真空室内持续通入氩气，在工作功率为50w、工作电流为161mA、工作电压为310v、充气量为580sccm条件下进行磁控溅射，沉积1.5min，停止通氩气，25min后停止磁控溅射，关闭电源，冷却10min～20min。进一步限定，步骤三中Mo靶材磁控溅射是按下述步骤操作的：抽真空至6×10-4Pa，待抽完真空之后，向真空室内持续通入氩气，在工作功率为50w、工作电流为143mA、工作电压为350v、充气量为450sccm条件下进行磁控溅射，沉积1.5min，停止通氩气，25min后停止磁控溅射，关闭电源，冷却10min～20min。进一步限定，步骤三中Cr靶材磁控溅射是按下述步骤操作的：抽真空至6×10-4Pa，待抽完真空之后，向真空室内持续通入氩气，在工作功率为50w、工作电流为125mA、工作电压为400v、充气量为600sccm条件下进行磁控溅射，沉积1.5min，停止通氩气，25min后停止磁控溅射，关闭电源，冷却10min～20min。进一步限定，步骤三中W靶材磁控溅射是按下述步骤操作的：抽真空至6×10-4Pa，待抽完真空之后，向真空室内持续通入氩气，在工作功率为50w、工作电流为131mA、工作电压为380v、充气量为505sccm条件下进行磁控溅射，沉积20.5min，停止通氩气，25min后停止磁控溅射，关闭电源，冷却10min～20min。进一步限定，步骤四中电子束辐射是将工件的待处理面转向面对电子束，向真空室内通入氩气，再在气压0.04Pa～0.06Pa、加速电压控制在27kv条件下辐照50～100次。本专利技术采用上述工艺将W、Cr、Mo、Nb加入M50钢中，产生联合作用，增加高温摩擦过程中生成magnéli的几率和数量，从而进一步改善材料的高温摩擦抗力。本专利技术方法在M50钢表面进行W-Cr-Mo-Nb合金化，与M50钢基体具有附着力好，显著改善M50钢的高温摩擦磨损性能。附图说明图1是强流脉冲电子束表面W-Cr-Mo-Nb合金化层的截面形貌；图2是强流脉冲电子束表面W-Cr-Mo-Nb合金化层的线扫描图3是强流脉冲电子束表面W-Cr-Mo-Nb合金化层的表面形貌图4是摩擦系数曲线。具体实施方式实施例1：本实施例中利用W-Cr-Mo-Nb合金化提高M50钢高温摩擦磨损抗力的方法是通过下述步骤完成的：步骤一、将M50钢工件表面研磨抛光：先采用320#，600#，800#，1000#，1500#和2000#的砂纸进行逐级打磨，并用金刚石抛光剂将试样抛光成表面粗糙度Ra≤0.1μm，之后分别在丙酮和无水乙醇中用超声波清洗仪清洗10min，吹风机吹干备用；步骤二、预辐照：步骤2.1：将预处理后M50钢工件的放置在真空室内的工作台上，待处理面面向电子枪；步骤2.2：然后抽真空至6×10-4Pa，再向真空室内持续通入氩气，再在气压0.04Pa～0.08Pa、加速电压控制在30kv条件下辐照100次。步骤三、然后将工件的待处理面依次用Nb靶、Mo靶材、Cr靶材、W靶材材进行磁控溅射，具体操作通过下述步骤实现的：步骤3.1、将工件的待处理表面转向Nb靶材(质量纯度为99.9wt.％)，抽真空至6×10-4Pa，待抽完真空之后，向真空室内持续通入氩气，在工作功率为50w、工作电流为161mA、工作电压为310v，充气量为580sccm条件下进行磁控溅射，沉积1.5min，停止通氩气，25min后停止磁控溅射，关闭电源，冷却20min(粉色辉光)；步骤3.2、将工件的待处理表面转向Mo靶材(质量纯度为99.9wt.％)，抽真空至6×10-4Pa，待抽完真空之后，向真空室内持续通入氩气，在工作功率为50w、工作电流为143mA、工作电压为350v，充气量为450sccm条件下进行磁控溅射，沉积1.5min，停止通氩气，25min后停止磁控溅射，关闭电源，冷却20min(粉色辉光)；步骤3.3、将工件的待处理表面转向Cr靶材(质量纯度为99.9wt.％)抽真空至6×10-4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.利用W-Cr-Mo-Nb合金化提高M50钢高温摩擦磨损抗力的方法，其特征在于所述方法是通过下述步骤完成的：/n步骤一、对M50钢工件表面进行预处理；/n步骤二、预辐照；/n步骤三、然后将工件的待处理面依次用Nb靶材、Mo靶材、Cr靶材、W靶材进行磁控溅射；/n步骤四、然后电子束辐射，冷却15～30min后取出在空气中冷却，即完成了提高M50钢高温摩擦磨损抗力。/n

【技术特征摘要】
1.利用W-Cr-Mo-Nb合金化提高M50钢高温摩擦磨损抗力的方法，其特征在于所述方法是通过下述步骤完成的：
步骤一、对M50钢工件表面进行预处理；
步骤二、预辐照；
步骤三、然后将工件的待处理面依次用Nb靶材、Mo靶材、Cr靶材、W靶材进行磁控溅射；
步骤四、然后电子束辐射，冷却15～30min后取出在空气中冷却，即完成了提高M50钢高温摩擦磨损抗力。


2.根据权利要求1所述利用W-Cr-Mo-Nb合金化提高M50钢高温摩擦磨损抗力的方法，其特征在于步骤一中预处理是由下述步骤实现的：将M50钢工件表面用320#，600#，800#，1000#，1500#和2000#的砂纸进行逐级打磨，并用金刚石抛光剂将试样抛光成表面粗糙度Ra≤0.1μm，之后依次用丙酮和无水乙醇超声清洗，超声清洗时间均为10min，吹干。


3.根据权利要求1所述利用W-Cr-Mo-Nb合金化提高M50钢高温摩擦磨损抗力的方法，其特征在于步骤二预辐照是按下述步骤进行的：
步骤2.1：将预处理后M50钢工件的放置在真空室内的工作台上，待处理面面向电子枪；
步骤2.2：然后抽真空至4×10-4Pa～7×10-4Pa，再向真空室内持续通入氩气，再在气压0.04Pa～0.08Pa、加速电压控制在30kv条件下辐照50～100次。


4.根据权利要求1所述利用W-Cr-Mo-Nb合金化提高M50钢高温摩擦磨损抗力的方法，其特征在于步骤三中Nb靶材磁控溅射是按下述步骤操作的：抽真空至6×10-4Pa，待抽完真空之后，向真空室内持续通入氩气，在工作功率为50w、工作电流为161mA、工作电压为310v、充气量为580sccm条件下进行磁控溅射，沉积1.5min，停止通氩气，25min后停止磁控溅射，关闭电源，冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学问，唐光泽，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23