專利名稱：一種純鐵基板材表面合金化的機(jī)械滲入法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種純鐵基板材表面合金化的機(jī)械滲入法，屬黑色金屬純鐵基板 材表面合金滲入方法及應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鐵是最重要的黑色金屬之一，工業(yè)純鐵是鐵材料中含鐵量最高的一種，含鐵 量大于99.5%，含碳量不超過0.04%，并含有硅、錳、磷、硫、鉻、鎳、銅、鋁 等少量元素；純鐵的晶粒較粗大，質(zhì)地特別軟，其力學(xué)性能硬度、強(qiáng)度低，耐磨 性差、易損傷，使純鐵的應(yīng)用受到了很大局限，但純鐵也具有化學(xué)成分穩(wěn)定，純 度高，韌性好，電磁性能好等優(yōu)點(diǎn)，由于其加工性、成型性和焊接性好，制造工 藝簡(jiǎn)單，成本低等，所以利用其優(yōu)點(diǎn)在機(jī)械工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。例如作為 深沖材料制造產(chǎn)品的殼體機(jī)械零件等，還可用作電磁材料、研磨材料和提取微量 碳材料等多種技術(shù)領(lǐng)域。
為了提高和擴(kuò)大鐵及純鐵的應(yīng)用范圍、使用壽命，在鐵或純鐵基材料的表面 進(jìn)行硬化、強(qiáng)化、合金化或化學(xué)熱處理，以提高純鐵基材料表面的密度、硬度、 強(qiáng)度、韌性；提高純鐵基材料表面力學(xué)性能的方法也有多種形式，例如表面化學(xué) 滲金屬法，表面合金化方法，表面沉積改性法等，使純鐵基材料表面生成化合物 層，從而提高表面性能；還有的采用激光表面合金化法，電子束合金化法，離子 注入法等，但大都工藝復(fù)雜、設(shè)備昂貴、生產(chǎn)效率低，工業(yè)化應(yīng)用受到了一定限 制，因此開發(fā)簡(jiǎn)單易行的表面合金化法是十分重要的科研課題。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，在純鐵基板材表面采用機(jī)械滲入法， 在機(jī)械球磨罐中，以鎳粉為合金滲入材料，以軸承合金滾丸為機(jī)械滲入介質(zhì)，經(jīng) 高溫退火使純鐵基板材表面生成鐵鎳合金層固溶體，以大幅度提高純鐵基板材表 面的硬度、強(qiáng)度、耐磨性和耐蝕性。技術(shù)方案
本發(fā)明使用的設(shè)備、純鐵基板材、化學(xué)物質(zhì)原料如下 振蕩式滾丸機(jī)主機(jī)、控制機(jī) 純鐵基板材Fe 100xl00xl0mm 軸承合金滾丸GCrl5 0>8mm±0.01mm
表面粗糙度Ra 0. 02-0.04pm
滾丸數(shù)量200?！?0粒 鎳粉Ni 粒徑《0.03mm 5g±lg 丙酮CH3COCH 1000ml士10ml
氬氣Ar 200000cm3±100cm3 砂紙粒度400
純鐵基板材機(jī)械滲入方法如下
(1) 、精選材料、化學(xué)物質(zhì)
對(duì)使用的純鐵基板材、軸承合金滾丸、鎳粉、丙酮、氬氣要進(jìn)行精選，并進(jìn) 行形狀、尺寸、純度、精度控制
純鐵基板材含鐵量Fe》99.5%，方形體 軸承合金滾丸GCrl5含鉻量Cr 1.4~1.63% 球形誤差A(yù)Sph《0.25pm 表面粗糙度Ra 0.02-0.04pm
鎳粉99.9% 丙酮99.9% 氬氣99.9% 砂紙沙粒均勻；
(2) 純鐵基板材退火
將純鐵基板材lOOxlOOxlOmm置于高溫真空退火爐中，進(jìn)行高溫退火 真空退火爐真空度1X10—3Pa 退火溫度950°C±5°C 退火時(shí)間150min士10min
消除純鐵基板材表面內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定金屬表面金相組織結(jié)構(gòu)；退火后關(guān)閉退火爐，純鐵基板材隨爐冷卻至常溫2(TC士3t:
(3) 研磨純鐵基板材表面 將退火冷卻后的純鐵基板材表面用400粒度的砂紙反復(fù)打磨，打磨去掉純鐵
基板材表面氧化層，使純鐵基板材工作面表面粗糙度為Ra0.32-0.64nm;
(4) 清洗純鐵基板材表面 用丙酮清洗純鐵基板材表面，使之潔凈，然后晾干備用；
(5) 清洗滾丸機(jī)的滾丸室
打開滾丸機(jī)滾丸室，用丙酮清洗滾丸室內(nèi)壁、底部、頂蓋，使其潔凈；
(6) 超聲清洗軸承合金滾丸
將軸承合金滾丸<D8mm， 200粒，置于超聲波清洗器中，加入丙酮300ml， 超聲清洗30min,反復(fù)清洗，使?jié)L丸表面潔凈，清洗后晾干備用；
(7) 置放安裝純鐵基板材
將打磨、清洗后的純鐵基板材安裝于滾丸室的頂蓋上，四角部用緊固螺釘固
牢；
(8) 放置軸承合金
將08mm的軸承合金滾丸160粒，置于滾丸室下部，滾丸與滾丸室的體積 比為3: 40;
(9) 關(guān)閉滾丸室
將裝有純鐵基板材、軸承合金滾丸的滾丸室，用密封條、緊固卡具和螺釘密 閉并固牢；
(10) 向加料箱加入鎳粉
打開滾丸室上部的加料箱，向加料箱加入鎳粉5g士lg，封閉加料箱；
(11) 滾丸室抽真空 將密封的滾丸室用真空泵抽取滾丸室空氣，并驅(qū)除存留氣體，時(shí)間15min，
使?jié)L丸室處于真空狀態(tài)，真空度為lXl(T3Pa;
(12) 向滾丸室輸入氬氣
開啟氬氣瓶、氬氣閥，通過氬氣管向滾丸室輸入氬氣，輸入速度為 1000cmVmin;當(dāng)滾丸室壓強(qiáng)值升至1X 102Pa時(shí)關(guān)閉氬氣瓶，停止輸氬氣，使?jié)L 丸室壓強(qiáng)值處于1X 102 Pa的恒定狀態(tài)；
(13) 向滾丸室輸入鎳粉
打開加料箱底部的控制閥，將加料箱中的鎳粉送入滾丸室，鎳粉與滾丸室內(nèi)的體積比為滾丸室體積滾丸體積鎳粉體積=400: 30: 1 ;
(14) 純鐵基板材表面合金化
(D開啟滾丸機(jī)，幵啟滾丸機(jī)電機(jī)變頻器，帶動(dòng)振蕩器，使之振動(dòng)，振蕩器
振蕩頻率為60次/s， 3600次/min，振蕩器通過振蕩桿，拉動(dòng)桿，使?jié)L丸室隨振 蕩器做勻速振蕩；
② 滾丸室內(nèi)的滾丸隨振蕩器的振蕩做上下、左右轉(zhuǎn)動(dòng)和跳動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為 60次/s，跳動(dòng)頻率為60次/s，滾丸帶動(dòng)鎳粉做間歇式循環(huán)撞擊純鐵基板材表面；
③ 滾丸在滾丸室內(nèi)，在氬氣氣氛下，在壓強(qiáng)恒定為1Xl(^Pa狀態(tài)下，在滾 丸撞擊純鐵基板材表面的過程中，帶動(dòng)鎳粉物理性滲入到板材表面，同時(shí)與基體 材料形成固溶體合金，并循環(huán)積累，當(dāng)振蕩器振蕩100min時(shí)，當(dāng)鎳粉分子滲入 到純鐵基板材表面0.12 mm時(shí)，即完成了純鐵基板材表面的合金化滲入；
④ 在滾丸帶動(dòng)鎳粉撞擊純鐵板基材表面的過程中，滾丸室溫度由20'C升至 IO(TC，純鐵板基材溫度由2(TC升至18(TC，溫度的升高有利于鎳粉在純鐵基板 材表面的滲入并固溶，溫度由滾丸室溫度傳感器顯示溫度值，滾丸帶動(dòng)鎳粉撞擊 純鐵板基材表面的時(shí)間為100min±5min;
(15) 隨滾丸室冷卻 純鐵基板材表面滲入鎳粉及合金化完成后，關(guān)閉滾丸機(jī)電機(jī)、振蕩器，滾丸
室在密閉狀態(tài)下，在氬氣保護(hù)下，使其隨滾內(nèi)室冷卻至常溫20°C±3°C，冷卻時(shí) 間60min;
(16) 打開滾丸室，取出合金化后的純鐵基板材 開啟滾丸室，拆下合金化后的純鐵基板材，置于干燥、潔凈環(huán)境；
(17) 清理純鐵基板材合金化表面
用400粒砂紙拋光清理純鐵基板材合金化表面，拋光后純鐵基板材表面粗糙 度為Ra0.32-0.64pm;然后用丙酮清洗純鐵基板材合金化表面，去除粘附在純鐵 基板材表面的鎳粉，露出合金化表層，使之潔凈；
(18) 純鐵基板材表面合金化后真空狀態(tài)退火 將合金化后的純鐵基板材置于真空退火爐內(nèi)，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行真空退火處
理，真空退火爐真空度為1X102 Pa，氬氣輸入速率為200cm3/min，退火溫度為 600°C±5°C，退火時(shí)間為30min±2min，退火后鎳粉在純鐵基板材表面進(jìn)一步固溶 和擴(kuò)散，鎳與鐵合金化后成鎳鐵合金層；
(19) 檢測(cè)，分析、表征、對(duì)比對(duì)合金化后的純鐵基板材表面和橫切面要進(jìn)行色澤、合金成分、含量、合金 深度、強(qiáng)度、硬度的檢測(cè)、分析，表征； 用X射線衍儀進(jìn)行成分分析； 用輝光放電光譜儀進(jìn)行濃度分析； 用掃描電鏡儀進(jìn)行形貌分析； 用硬度儀進(jìn)行機(jī)械性能硬度分析； (20)儲(chǔ)存，包裝
對(duì)合金化后的純鐵基板材要用軟質(zhì)材料包裝，儲(chǔ)存于干燥潔凈環(huán)境，要防水， 防潮、防氧化、防酸堿侵蝕，儲(chǔ)存溫度2(TC士3X:，相對(duì)濕度《10%。
所述的純鐵基板材合金化是在滾丸機(jī)上進(jìn)行的，在滾丸機(jī)的下部為底座2， 上部為密封蓋3，密封蓋3上部為壓蓋4，并由螺栓15， 16固定；底座2的下部 聯(lián)接振蕩簧7 ，振蕩簧7裝在簧座6上，簧座6下部為振蕩電機(jī)9，振蕩電機(jī)9 裝在電機(jī)座8上；在密封蓋3、壓蓋4上從左至右依次裝有氬氣管18、加料箱 12、壓桿座28、熱電偶23、真空管21，并伸入滾丸室5內(nèi)；在壓桿座28下部 伸入滾丸室5并聯(lián)接基板10，基板IO上安裝純鐵基板材11，并由螺栓13、 14 固定；滾丸室5內(nèi)裝有滾丸26、鎳粉25、并輸入氬氣27;氬氣管18通過氬氣 閥19聯(lián)接氬氣瓶17;真空管21通過真空閥22聯(lián)接真空泵20;加料箱12加入 鎳粉后由密封蓋29密封，并由控制閥30控制。
所述的純鐵基板材合金化，是在滾丸的振動(dòng)狀態(tài)下、抽真空后的氬氣保護(hù)下 完成的，滾丸在滾丸室的振蕩頻率為60次/s、 3600次/min，滾丸攜帶鎳粉進(jìn)行 不規(guī)則、間歇式、循環(huán)撞擊，鎳原子在滾丸撞擊下物理性滲入到純鐵基板材表面， 并積累，滲入層深度為0.12mm。
所述的純鐵基板材表面合金化是在氬氣保護(hù)下完成的，氬氣輸入速度為 1000cm3/min ,輸入時(shí)間為7.5min，輸入量為7500cm3， 滾丸室在氬氣氣氛中 的壓強(qiáng)值持續(xù)保持在1 X102 Pa。
所述的純鐵基板材表面合金化，在滾丸室使用的軸承合金滾丸直徑為 08mrn，表面粗糙度為Ra 0.02-0.04pm，球形誤差為ASph《0.25pm，滾丸數(shù)量160粒，鎳粉粒徑《0.03mm，鎳粉重量為5g±lg，滾丸室體積滾丸體積鎳粉 體積=400: 30: 1。
有益效果
本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有明顯的先進(jìn)性，它是在振蕩式滾丸機(jī)上，將純鐵 基板材固定在滾丸室的頂部，用軸承合金滾丸，在抽真空后的氬氣氣氛中，將滾 丸室內(nèi)的鎳粉滲入到純鐵基板材表面，并形成合金化層，即鎳鐵合金層，然后經(jīng) 真空爐高溫退火，使合金層固溶并消除內(nèi)應(yīng)力，純鐵基板材表面合金化層深度可
達(dá)0.12mm，含鎳量最高達(dá)到70%，其表面硬度可達(dá)1.2GPa,純鐵基板材的合 金化層與基體之間不產(chǎn)生新的界面，不會(huì)出現(xiàn)開裂、剝落等現(xiàn)象，合金化層金相 組織致密性好，晶粒細(xì)化，此方法使用設(shè)備少，工藝簡(jiǎn)單，不污染環(huán)境，純鐵基 板材表面合金化后的機(jī)械性能、物理性能極為優(yōu)良，可在多種工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，是 十分理想的純鐵基板材表面合金化的機(jī)械滲入法。


圖1為純鐵基板材表面合金化滲入鎳粉狀態(tài)圖
圖2為滾丸室滾丸振蕩滲鎳溫度與時(shí)間坐標(biāo)關(guān)系圖
圖3為純鐵基板材表面合金化及高溫退火固溶后橫截面形貌圖
圖4為純鐵基板材表面合金化及高溫退火固溶后表面形貌對(duì)比圖
圖5為純鐵基板材表面合金化及高溫退火固溶前后合金元素濃度變化對(duì)比圖
圖6為純鐵基板材表面合金化及高溫退火固溶前后衍射強(qiáng)度對(duì)比圖譜
圖中所示，附圖標(biāo)記清單如下
1、滾丸機(jī)，2、底座，3、密封蓋，4、壓蓋，5、滾丸室，6、簧座，7、振 蕩簧，8、電機(jī)座，9、電機(jī)，10、基板，11、純鐵基板材，12、加料箱，13、螺 釘，14、螺釘，15、螺釘，16、螺釘，17、氬氣瓶，18、氬氣管，19、氬氣閥， 20、真空泵，21、真空管，22、真空閥，23、熱電偶，24、合金層，25、鎳粉， 26滾丸，27、氬氣，28、壓桿座，29密封蓋，30控制閥。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明圖1所示，為純鐵基板材表面合金化滲入鎳粉狀態(tài)圖，滾丸機(jī)及配套使用的 氬氣瓶、真空泵、振蕩電機(jī)、振蕩簧等要位置正確，聯(lián)接牢固。
對(duì)制備所需的純鐵基板材、軸承合金滾丸、丙酮、氬氣、鎳粉要嚴(yán)格精選， 并進(jìn)行形狀、尺寸、純度等的嚴(yán)格控制，以保證合金化方法的高精確性。
惰性保護(hù)氣體氬氣，既有保護(hù)氣氛，又有驅(qū)除其他有害氣體及物質(zhì)的作用， 故輸送量一定要充足，要保證在輸氬氣過程中，滾丸室內(nèi)壓強(qiáng)值持續(xù)保持在 lX102Pa，才可保證在機(jī)械滲入時(shí)合金化表面不被氧化。
滾丸室內(nèi)的體積與滾丸量的體積、鎳粉體積的比例為400: 30: 1，以保證
滾丸帶動(dòng)鎳粉在滾丸室內(nèi)做不規(guī)則、循環(huán)跳動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，并有一定空間，滾丸、鎳 粉過多會(huì)影響滾丸的跳動(dòng)周期，過小會(huì)造成滾丸的撞擊頻率降低。
滾丸機(jī)的振蕩是十分重要的，振蕩頻率是60次/s， 3600次/min為佳，也可 視需要調(diào)整。
滾丸室在鎳粉機(jī)械滲入過程中溫度將會(huì)升高，由20'C升至10(TC，滲入完成 后，要在氬氣保護(hù)下，隨滾丸機(jī)冷卻至2(TC，然后再取出純鐵基板材。
圖2所示，為滾丸室合金化過程中溫度與時(shí)間坐標(biāo)關(guān)系圖，溫度由20。C開 始升溫，即A點(diǎn)，升至10(TC，即B點(diǎn)，在此溫度進(jìn)行合金化，即B-C區(qū)段， 然后隨滾丸機(jī)冷卻至2(TC，即D點(diǎn)。
圖3所示，為純鐵基板材表面合金化及高溫退火固溶后橫截面的形貌圖，圖 中可知鎳粉滲入到鐵基體內(nèi)，為不規(guī)則滲入，溶合明顯、致密性好，標(biāo)尺單位 10pm。
圖4所示，為純鐵基板材表面合金化及高溫退火固溶后表面形貌對(duì)比圖，圖 中可知a圖為純鐵基板材表面滲入鎳粉后形貌圖，表面鎳粉為不規(guī)則排列，b 圖為高溫退火固溶后形貌圖，固溶體明顯，標(biāo)尺單位20nm。
圖5所示，為純鐵基板材表面合金化及高溫退火固溶前后合金元素的濃度變 化圖，a、 b圖中可知，隨著合金化層深度的增加，合金元素鎳的含量由表面最 高約70%逐漸下降到120nm處的0，證明合金層深度為0.12mm。
圖6所示，為純鐵基板材表面合金化及高溫退火固溶前后衍射強(qiáng)度對(duì)比圖 譜，a、 b圖中可知縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度指數(shù)，橫坐標(biāo)為衍射角26，合金化及固 溶前衍射峰低平，合金化固溶后有新的衍射峰出現(xiàn)，證明其機(jī)械物理性能明顯升 高。
權(quán)利要求
1、一種純鐵基板材表面合金化的機(jī)械滲入法，其特征在于使用的設(shè)備、純鐵基板材、化學(xué)物質(zhì)原料如下振蕩式滾丸機(jī)主機(jī)、控制機(jī)純鐵基板材Fe 100×100×10mm軸承合金滾丸GCr15 Φ8mm±0.01mm表面粗糙度Ra 0.02-0.04μm滾丸數(shù)量200?！?0粒鎳粉Ni粒徑≤0.03mm 5g±1g丙酮CH3COCH 1000ml±10ml氬氣Ar 200000cm3±100cm3砂紙粒度400純鐵基板材機(jī)械滲入方法如下(1)、精選材料、化學(xué)物質(zhì)對(duì)使用的純鐵基板材、軸承合金滾丸、鎳粉、丙酮、氬氣要進(jìn)行精選，并進(jìn)行形狀、尺寸、純度、精度控制純鐵基板材含鐵量Fe≥99.5％，方形體軸承合金滾丸GCr15含鉻量Cr 1.4～1.63％球形誤差ΔSph≤0.25μm表面粗糙度Ra 0.02-0.04μm鎳粉99.9％丙酮99.9％氬氣99.9％砂紙沙粒均勻；(2)純鐵基板材退火將純鐵基板材100×100×10mm試樣置于高溫真空退火爐中，進(jìn)行高溫退火真空退火爐真空度1×10-3Pa退火溫度950℃±5℃退火時(shí)間150min±10min消除純鐵基板材表面內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定金屬表面金相組織結(jié)構(gòu)；退火后關(guān)閉退火爐，純鐵基板材隨爐冷卻至常溫20℃±3℃(3)研磨純鐵基板材表面將退火冷卻后的純鐵基板材表面用400粒度的砂紙反復(fù)打磨，打磨去掉純鐵基板材表面氧化層，使純鐵基板材工作面表面粗糙度為Ra 0.32-0.64μm；(4)清洗純鐵基板材表面用丙酮清洗純鐵基板材表面，使之潔凈，然后晾干備用；(5)清洗滾丸機(jī)的滾丸室打開滾丸機(jī)滾丸室，用丙酮清洗滾丸室內(nèi)壁、底部、頂蓋，使其潔凈；(6)超聲清洗軸承合金滾丸將軸承合金滾丸Φ8mm，200粒，置于超聲波清洗器中，加入丙酮300ml，超聲清洗30min，反復(fù)清洗，使?jié)L丸表面潔凈，清洗后晾干備用；(7)置放安裝純鐵基板材將打磨、清洗后的純鐵基板材安裝于滾丸室的頂蓋上，四角部用緊固螺釘固牢；(8)放置軸承合金將Φ8mm的軸承合金滾丸160粒，置于滾丸室下部，滾丸與滾丸室的體積比為3∶40；(9)關(guān)閉滾丸室將裝有純鐵基板材、軸承合金滾丸的滾丸室，用密封條、緊固卡具和螺釘密閉并固牢；(10)向加料箱加入鎳粉打開滾丸室上部的加料箱，向加料箱加入鎳粉5g±1g，封閉加料箱；(11)滾丸室抽真空將密封的滾丸室用真空泵抽取滾丸室空氣，并驅(qū)除存留氣體，時(shí)間15min，使?jié)L丸室處于真空狀態(tài)，真空度為1×10-3Pa；(12)向滾丸室輸入氬氣開啟氬氣瓶、氬氣閥，通過氬氣管向滾丸室輸入氬氣，輸入速度為1000cm3/min；當(dāng)滾丸室壓強(qiáng)值升至1×102Pa時(shí)關(guān)閉氬氣瓶，停止輸氬氣，使?jié)L丸室壓強(qiáng)值處于1×102Pa的恒定狀態(tài)；(13)向滾丸室輸入鎳粉打開加料箱底部的控制閥，將加料箱中的鎳粉送入滾丸室，鎳粉與滾丸室內(nèi)的體積比為滾丸室體積∶滾丸體積∶鎳粉體積＝400∶30∶1；(14)純鐵基板材表面合金化①開啟滾丸機(jī)，開啟滾丸機(jī)電機(jī)變頻器，帶動(dòng)振蕩器，使之振動(dòng)，振蕩器振蕩頻率為60次/s，3600次/min，振蕩器通過振蕩桿，拉動(dòng)桿，使?jié)L丸室隨振蕩器做勻速振蕩；②滾丸室內(nèi)的滾丸隨振蕩器的振蕩做上下、左右轉(zhuǎn)動(dòng)和跳動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為60次/s，跳動(dòng)頻率為60次/s，滾丸帶動(dòng)鎳粉做間歇式循環(huán)撞擊純鐵基板材表面；③滾丸在滾丸室內(nèi)，在氬氣氣氛下，在壓強(qiáng)恒定為1×102Pa狀態(tài)下，在滾丸撞擊純鐵基板材表面的過程中，帶動(dòng)鎳粉物理性滲入到板材表面，同時(shí)與基體材料形成固溶體合金，并循環(huán)積累，當(dāng)振蕩器振蕩100min時(shí)，當(dāng)鎳粉分子滲入到純鐵基板材表面0.12mm時(shí)，即完成了純鐵基板材表面的合金化滲入；④在滾丸帶動(dòng)鎳粉撞擊純鐵板基材表面的過程中，滾丸室溫度由20℃升至100℃，純鐵板基材溫度由20℃升至180℃，溫度的升高有利于鎳粉在純鐵基板材表面的滲入并固溶，溫度由滾丸室溫度傳感器顯示溫度值，滾丸帶動(dòng)鎳粉撞擊純鐵板基材表面的時(shí)間為100min±5min；(15)隨滾丸室冷卻純鐵基板材表面滲入鎳粉及合金化完成后，關(guān)閉滾丸機(jī)電機(jī)、振蕩器，滾丸室在密閉狀態(tài)下，在氬氣保護(hù)下，使其隨滾內(nèi)室冷卻至常溫20℃±3℃，冷卻時(shí)間60min；(16)打開滾丸室，取出合金化后的純鐵基板材開啟滾丸室，拆下合金化后的純鐵基板材，置于干燥、潔凈環(huán)境；(17)清理純鐵基板材合金化表面用400粒砂紙拋光清理純鐵基板材合金化表面，拋光后純鐵基板材表面粗糙度為Ra0.32-0.64μm；然后用丙酮清洗純鐵基板材合金化表面，去除粘附在純鐵基板材表面的鎳粉，露出合金化表層，使之潔凈；(18)純鐵基板材表面合金化后真空狀態(tài)退火將合金化后的純鐵基板材置于真空退火爐內(nèi)，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行真空退火處理，真空退火爐真空度為1×102Pa，氬氣輸入速率為200cm3/min，退火溫度為600℃±5℃，退火時(shí)間為30min±2min，退火后鎳粉在純鐵基板材表面進(jìn)一步固溶和擴(kuò)散，鎳與鐵合金化后成鎳鐵合金層；(19)檢測(cè)，分析、表征、對(duì)比對(duì)合金化后的純鐵基板材表面和橫切面要進(jìn)行色澤、合金成分、含量、合金深度、強(qiáng)度、硬度的檢測(cè)、分析，表征；用X射線衍儀進(jìn)行成分分析；用輝光放電光譜儀進(jìn)行濃度分析；用掃描電鏡儀進(jìn)行形貌分析；用硬度儀進(jìn)行機(jī)械性能硬度分析；(20)儲(chǔ)存，包裝對(duì)合金化后的純鐵基板材要用軟質(zhì)材料包裝，儲(chǔ)存于干燥潔凈環(huán)境，要防水，防潮、防氧化、防酸堿侵蝕，儲(chǔ)存溫度20℃±3℃，相對(duì)濕度≤10％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純鐵基板材表面合金化的機(jī)械滲入法， 其特征在于所述的純鐵基板材合金化是在滾丸機(jī)上進(jìn)行的，在滾丸機(jī)的下部 為底座(2)，上部為密封室(3)，密封蓋(3)上部為壓蓋(4)，并由螺栓(15、 16)固定； 底座(2)的下部聯(lián)接振蕩器(7)，振蕩器(7)裝在器座(6)上，器座(6)下部為振蕩電 機(jī)(9)，震蕩電機(jī)(9)裝在電機(jī)座(8)上；在密封蓋(3)、壓蓋(4)上從左至右依次裝有 氬氣管(18)、加料箱(12)、熱電偶(23)、壓桿座(28)、真空管(21)，并伸入滾丸室 (5)內(nèi)；在壓桿座(28)下部伸入滾丸室(5)聯(lián)接基板(10)，基板(10)上安裝純鐵基板 材(ll)，并由螺栓(13、 14)固定；滾丸室(5)內(nèi)裝有滾丸(26)、鎳粉(25)、并輸入氬 氣(27);氬氣管(18)通過氬氣閥(19)聯(lián)接氬氣瓶(17);真空管(21)通過真空閥(22) 聯(lián)接真空泵(20);加料箱(12)加入鎳粉后又密封蓋(30)密封。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純鐵基板材表面合金化的機(jī)械滲入法，其特 征在于所述的純鐵基板材合金化，是在滾丸的振動(dòng)狀態(tài)下，抽真空后的氬氣 保護(hù)下完成的，滾丸在滾丸室的振蕩頻率為60次/s，360()次/min，滾丸為攜帶鎳 粉進(jìn)行不規(guī)則、間歇式、循環(huán)撞擊下完成的，鎳原子在滾丸撞擊下物理性伸入 到純鐵基板材表面，并積累，滲入層的深度為0.12mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純鐵基板材表面合金化的機(jī)械滲入法，其特 征在于所述的純鐵基板材表面合金化是在氬氣保護(hù)下完成的，氬氣輸入速度 為1000cm3/min ，輸入時(shí)間為7.5min，輸入量為7500cm3， 滾丸室在氬氣氣氛 中的壓強(qiáng)值始終保持在1 X 102 Pa。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純鐵基板材表面合金化的機(jī)械滲入法，其特 征在于所述的純鐵基板材表面合金化，在滾丸室使用的軸承合金滾丸直徑為<D8mm，表面粗糙度為RaO. 02-0.0化m,球形誤差A(yù)Sph《0.25nm，滾丸數(shù)量160 粒，鎳粉粒徑《0.03mm，鎳粉數(shù)量為5g士0.5g,滾丸室體積滾丸體積鎳粉體積=400: 30: 1。
全文摘要
本發(fā)明設(shè)涉及一種純鐵基板材表面合金化的機(jī)械滲入法，是在振蕩式滾丸機(jī)上進(jìn)行的，將純鐵基板材固定在滾丸室頂部，在抽真空后輸入氬氣氣氛中，用軸承合金滾丸，將加入到滾丸室內(nèi)的鎳粉機(jī)械滲入到純鐵基板材表面，并形成鐵鎳合金化層，合金層深度達(dá)0.12mm，含鎳量達(dá)60％，然后再經(jīng)真空爐高溫退火，使合金進(jìn)一步固溶，大幅度提高了純鐵基板材表面的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和耐腐蝕性，硬度可達(dá)1.2GPa，純鐵基板材的基體與合金層不產(chǎn)生新的界面，不出現(xiàn)開裂剝落現(xiàn)象，合金層金相組織致密性好，晶粒細(xì)化、此方法使用設(shè)備少，工藝簡(jiǎn)單，不污染環(huán)境，純鐵基板材表面合金化后機(jī)械、物理性能優(yōu)良，可在多種工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，是十分理想的純鐵基板材表面合金化的機(jī)械滲入法。
文檔編號(hào)C21D1/773GK101591784SQ20091007463
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2009年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月1日
發(fā)明者侯利鋒, 劉增慶, 衛(wèi)英慧, 杜華云, 林萬明 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)