一種表面滲鉿+滲碳的耐高溫不銹鋼及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種表面滲鉿+滲碳的耐高溫不銹鋼及其制備方法，是將奧氏體不銹鋼試樣和欲滲元素鉿的源極分別放置在真空室內(nèi)設(shè)置的兩個(gè)陰極上，采用公共陽(yáng)極；利用輝光放電濺射、空心陰極效應(yīng)、尖端放電技術(shù)，將鉿以原子、離子和原子團(tuán)的形式濺射出來(lái)，這些鉿粒子團(tuán)吸附于試樣表面在高溫下擴(kuò)散進(jìn)入內(nèi)部，隨工藝時(shí)間延長(zhǎng)，形成含鉿合金層；其次將已經(jīng)獲得合金層進(jìn)行滲碳處理。本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)是：利用鉿、鉻和鈦碳化物熔點(diǎn)高、結(jié)合力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、耐高溫的特點(diǎn)、鉻氧化物抗高溫性能好的優(yōu)點(diǎn)以及鉿能夠有效阻止鉻、鈦、在高溫?cái)U(kuò)散的特征，在奧氏體表面形成致密碳化物和氧化物合金層，有效阻止高溫氧氣向內(nèi)部的擴(kuò)散。
【專利說(shuō)明】-種表面滲鉿+滲碳的耐高溫不銹鋼及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及表面工程領(lǐng)域，具體是一種表面滲鉿+滲碳的耐高溫不銹鋼及其制備 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 稀有金屬鉿及其化合物自從被發(fā)現(xiàn)具有高熔點(diǎn)、優(yōu)異的抗氧化性、耐蝕性、良好的 導(dǎo)電導(dǎo)熱性、優(yōu)良的核性能以及較高的綜合經(jīng)濟(jì)性價(jià)比以來(lái)，便成為了新材料的研究熱點(diǎn) 之一，其在高溫、電子以及光學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用也日益增多。奧氏體不銹鋼綜合性能優(yōu)良，經(jīng)常被 用作高溫合金在熱處理設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。然而因其承受的最高使用溫度只有800 °C 左右，高溫氧化問(wèn)題已成為制約其應(yīng)用于更高溫度的重要因素。
[0003] 當(dāng)前制備金屬鉿及其化合物的方法主要有：化學(xué)氣相沉積，物理氣相沉積，金屬 膜直接氧化等。一般是在金屬基體表面形成沉積層，存在著致密性差、結(jié)合力弱等缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是要提供一種表面滲鉿+滲碳的耐高溫不銹鋼及其制備方法。該方 法使得奧氏體不銹鋼表面具有熱穩(wěn)定性強(qiáng)、致密性好、抗高溫氧化的性能高的特點(diǎn)，其抗高 溫氧化溫度達(dá)到l〇〇〇°C以上。
[0005] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是： 一種表面滲鉿+滲碳的耐高溫不銹鋼的制備方法，是將奧氏體不銹鋼試樣和欲滲元素 鉿的源極分別放置在真空室內(nèi)設(shè)置的兩個(gè)陰極上，采用公共陽(yáng)極；利用輝光放電濺射、空心 陰極效應(yīng)、尖端放電技術(shù)，將鉿以原子、離子和原子團(tuán)的形式濺射出來(lái)，這些鉿粒子團(tuán)吸附 于試樣表面在高溫下擴(kuò)散進(jìn)入內(nèi)部，隨工藝時(shí)間延長(zhǎng)，形成含鉿合金層；其次將已經(jīng)獲得合 金層進(jìn)行滲碳處理。具體包括如下步驟： (1) 將奧氏體不銹鋼試樣經(jīng)不同型號(hào)的水砂紙打磨，并用拋光機(jī)拋光，再用超聲波清洗 干凈并烘干，作為被滲材料； (2) 將奧氏體不銹鋼試樣和欲滲元素鉿的源極置入真空室內(nèi)設(shè)置的兩個(gè)陰極上，設(shè)備 接地并作為公共陽(yáng)極； (3) 抽真空到小于5Pa，充入少量氬氣，調(diào)節(jié)源極和工件電壓、試樣和源極起輝，進(jìn)行 lOmin以上表面等離子清理； (4) 之后逐步提高電壓，電流，升高試樣和源極溫度，到溫后保溫一段時(shí)間，完成合金化 過(guò)程后緩慢冷卻到室溫，獲得合金層； (5) 再在800-1000°C的溫度下進(jìn)行固體滲碳，保溫時(shí)間4-8 h ; (6) 滲碳后緩冷至室溫，用超聲波將試樣清洗干凈并烘干即獲得金滲碳層，即表面滲鉿 +滲碳的耐高溫不銹鋼。
[0006] 步驟（2)所述鉿的源極采用純度為99. 99%的鉿板，其幾何形狀也可以是針狀、棒 狀、條狀。
【權(quán)利要求】
1. 一種表面滲鉿+滲碳的耐高溫不銹鋼的制備方法，其特征是：包括如下步驟： (1) 將奧氏體不銹鋼試樣經(jīng)不同型號(hào)的水砂紙打磨，并用拋光機(jī)拋光，再用超聲波清洗 干凈并烘干，作為被滲材料； (2) 將奧氏體不銹鋼試樣和欲滲元素鉿的源極置入真空室內(nèi)設(shè)置的兩個(gè)陰極上，設(shè)備 接地并作為公共陽(yáng)極； (3) 抽真空到小于5Pa，充入少量氬氣，調(diào)節(jié)源極和工件電壓、試樣和源極起輝，進(jìn)行 lOmin以上表面等離子清理； (4) 之后逐步提高電壓，電流，升高試樣和源極溫度，到溫后保溫一段時(shí)間，完成合金化 過(guò)程后緩慢冷卻到室溫，獲得合金層； (5) 再在800-1000°C的溫度下進(jìn)行固體滲碳，保溫時(shí)間4-8 h ; (6) 滲碳后緩冷至室溫，用超聲波將試樣清洗干凈并烘干即獲得金滲碳層，即表面滲鉿 +滲碳的耐高溫不銹鋼。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是：步驟（2)所述鉿的源極采用純度為 99. 99%的鉿板，其幾何形狀也可以是針狀、棒狀、條狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是：步驟（4)所述合金化的工藝參數(shù)為： 極間距20?80 mm，氬氣工作氣壓20 Pa?100 Pa，保溫溫度800°C?1200 °C，保溫時(shí)間 a?10 h，保溫結(jié)束后，將試樣隨爐緩冷至室溫，可獲得20 μ m?100 μ m的合金化層，此時(shí) 表面獲得含鉿60%以上致密的鉿及其化合物高合金層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是：步驟（5)所述滲碳工藝可以選擇氣體、 液體、固體或者等離子體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是：步驟（5)所述滲碳工藝的參數(shù)為：滲碳 處理溫度800°C?1000 °C，保溫時(shí)間4h?8h，保溫結(jié)束在爐中緩冷至室溫出爐，可以獲得 20 μ m?200 μ m的合金滲碳層。
6. 用權(quán)利要求1-5之一所述的制備方法制備的表面滲鉿+滲碳的耐高溫不銹鋼。
【文檔編號(hào)】C23C8/64GK104109842SQ201410350864
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】高原, 陸小會(huì), 王成磊, 韋文竹, 張光耀 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)