【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料化学热处理及表面工程，具体是一种表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物的方法。
技术介绍
1、化学热处理作为金属材料表面强化的关键手段，在现代材料加工领域有着广泛应用。在化学热处理的复杂过程中，活性原子的扩散行为是决定处理效果的核心要素之一。
2、从原理上讲，活性原子扩散深度与表面改性层厚度之间存在着直接的定量关系。扩散深度的增加意味着更多的活性原子参与到与基体材料的相互作用中，进而促使改性层厚度不断增加。这种厚度变化又与化学热处理的工艺时间紧密相关。在传统的化学热处理工艺中，为了获得理想的改性层厚度，往往需要精确控制工艺时间。然而，过长的工艺时间不仅会增加生产成本，还可能因过度处理导致材料其他性能受损，如基体材料的韧性下降等。
3、与此同时，活性原子扩散深度对改性层组织和力学性能的影响是多方面的。在组织层面，不同的扩散深度会引发晶核形成速率和生长方向的改变，进而影响晶粒的尺寸和形态。例如，较深的扩散深度可能促使形成更细小且均匀的晶粒结构，这是因为更多的活性原子为晶核形成提供了丰富的物质基础。在力学性能方面，改性层的硬度、耐磨性、抗腐蚀性等都与活性原子扩散深度有关。适当增加扩散深度能够提高硬度和耐磨性，这是由于活性原子与基体原子之间形成了更复杂的化学键合和强化相。
4、大量深入的研究已经证实，在化学热处理过程中引入稀土元素具有巨大的潜力。稀土元素因其特殊的电子结构和化学性质，在促进活性原子扩散方面表现出独特的优势。随着化学热处理过程的推进，稀土元素在材料表层的存在能够显著改变活
5、然而，稀土元素在应用过程中面临着一个关键的技术难题。由于稀土原子和基体中的金属原子半径存在较大差异，当稀土原子试图进入基体时，会引发强烈的晶格畸变。这种晶格畸变就像一道难以逾越的障碍，极大地阻碍了稀土原子进一步深入基体内部。从微观角度来看，晶格畸变改变了基体原子周围的应力场和电子云分布，使得稀土原子在迁移过程中需要克服更高的能量势垒。这一现象严重限制了稀土元素对材料内部深层区域的催渗作用，导致其无法充分发挥潜力。因此，如何实现引入的稀土元素在材料中均匀且深入地分布，从而全面提升催渗效果，成为当前化学热处理加工领域亟待解决的重要研究课题之一。这一课题的突破对于提高化学热处理质量、拓展其应用范围以及推动金属材料表面强化技术的发展具有至关重要的意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提高稀土元素在化学热处理中的催渗效果，优化化学热处理工艺，提升金属材料表面强化效果，而提供一种表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物的方法。
2、本专利技术一种表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物的方法具体是按以下步骤进行：
3、一、基体材料表面纳米化：对基体材料表面进行抛光和清洗，采用表面纳米化方法在基体材料表面形成一层纳米晶层，得到表面纳米化的基材；
4、二、溶胶凝胶层制备：采用稀土源、络合剂和还原剂配制溶胶凝胶前驱体溶液，混合均匀后将溶胶凝胶前驱体溶液浸涂在表面纳米化的基体材料表面，并在低温真空中干燥，得到预处理后的基体材料；
5、三、化学热处理：对预处理后的基体材料依次进行渗碳处理、热处理，即完成表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物。
6、本专利技术的有益效果：
7、本专利技术提供表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物方法及其催渗预处理应用，采用本专利技术方法处理后的材料渗碳效率明显提高，渗碳层厚度增加，硬度和耐磨性显著提升，在改善渗层组织及力学性能的同时，可降低能源损耗。
8、采用本专利技术的方法改性层厚度较未经预处理样品的改性层厚度增加，亚表面碳化物数量更多、尺寸分布更均匀，进一步提升改性层层力学性能；表面形成纳米晶层后，形成的小尺寸晶粒和大量缺陷使稀土化合物溶胶凝胶中的稀土元素更易于进入基体内部，强化了催渗效果。
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1.一种表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物的方法，其特征在于表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物的方法具体是按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的一种表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物的方法，其特征在于步骤一中所述基体材料为钢材。
3.根据权利要求2所述的一种表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物的方法，其特征在于所述基体材料为12mm*12mm*12mm的立方块体。
4.根据权利要求1所述的一种表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物的方法，其特征在于步骤一中所述清洗是利用超声波在丙酮溶液中清洗。
5.根据权利要求1所述的一种表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物的方法，其特征在于步骤一中所述表面纳米化方法为机械方法、化学方法或热处理方法。
6.根据权利要求1所述的一种表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物的方法，其特征在于步骤一中采用超音速微粒轰击进行表面纳米化。
7.根据权利要求6所述的一种表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物的方法，其特征在于所述超音速微粒轰击中微粒选用直径为40～60μm的氧化铝颗粒，
8.根据权利要求1所述的一种表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物的方法，其特征在于步骤二中所述采用稀土源、络合剂和还原剂配制溶胶凝胶前驱体溶液具体按以下步骤进行：将Fe(NO3)3·9H2O、La(NO3)3·6H2O和柠檬酸溶于乙二醇溶液中，制备0.4mol/LLaFeO3溶胶-凝胶前驱体溶液，在室温下搅拌3h。
9.根据权利要求1所述的一种表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物的方法，其特征在于步骤三中所述渗碳处理是在900℃进行脉冲循环渗碳处理，碳源为乙炔气体，渗碳周期内进行25次脉冲循环。
10.根据权利要求1所述的一种表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物的方法，其特征在于步骤三中所述热处理是在650℃进行退火处理、810℃进行油淬处理、150℃进行低温回火处理。
...【技术特征摘要】
1.一种表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物的方法，其特征在于表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物的方法具体是按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的一种表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物的方法，其特征在于步骤一中所述基体材料为钢材。
3.根据权利要求2所述的一种表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物的方法，其特征在于所述基体材料为12mm*12mm*12mm的立方块体。
4.根据权利要求1所述的一种表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物的方法，其特征在于步骤一中所述清洗是利用超声波在丙酮溶液中清洗。
5.根据权利要求1所述的一种表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物的方法，其特征在于步骤一中所述表面纳米化方法为机械方法、化学方法或热处理方法。
6.根据权利要求1所述的一种表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物的方法，其特征在于步骤一中采用超音速微粒轰击进行表面纳米化。
7.根据权利要求6所述的一种表面纳米化协同溶胶凝胶引入稀土化合物...
【专利技术属性】
技术研发人员：张润博，吴樾，董宇琪，王勇帆，赵明达，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七零三研究所，
类型：发明
国别省市：
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