[发明专利]Cr4Mo4V钢轴承碳氮等离子体基离子升温注渗方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢轴承碳氮注渗方法。

背景技术

随着我国航空技术的发展，对发动机的性能要求不断提高，发动机主轴轴承服役的工况也越来越苛刻，导致轴承的寿命不断降低，Cr₄Mo₄V轴承钢具有非常优异的高温性能，是我国航空发动机最主要的主轴轴承用钢，但是，Cr4Mo4V轴承钢轴承使用寿命已尽不能满足一些重载条件下的使用要求，已经成为制约航空发动机寿命的一个瓶颈问题。

目前，多采用表面改性方法对轴承表面强化处理来提高主轴轴承寿命，由于主轴轴承服役条件的特殊性，轴承表面强化技术除了要求在不改变轴承表面光洁度和尺寸精度，还要有很好的疲劳性能，传统的表面改性技术，如化学热处理，磁控溅射离子镀，多弧离子镀和电镀等都不能完全满足主轴轴承表面改性技术要求。等离子体基离子注入是一种新兴的材料表面改性技术，但是由于注入电压的限制，等离子体基离子注入的改性层深度较浅，对于在高速重载环境下使用的主轴轴承仍然显得有所不足，为了提高等离子体基离子注入改性层的厚度，一般都采用提高工件温度，通过扩散来增加改性层厚度，但是这样往往会在工件表面形成一层连续的化合物层，不利于疲劳寿命的提高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有提高工件温度的方法使工件表面形成一层连续的化合物层的问题，提供了一种Cr₄Mo₄V钢轴承碳氮等离子体基离子升温注渗方法。

本发明Cr₄Mo₄V钢轴承碳氮等离子体基离子升温注渗方法如下：一、超声清洗：将Cr₄Mo₄V钢轴承放入纯度为99.9％以上的丙酮溶液中在超声频率为40kHz的条件下超声清洗两次，每次超声清洗时间为8min～15min；二、预溅射处理：将经过步骤一处理的Cr₄Mo₄V钢轴承放到真空室试样台上，抽真空至真空度为1.0×10^-4Pa～1.0×10^-3Pa，升高温度至300℃～400℃，然后在工作气压为5Pa～10Pa、射频功率为0.8kW～2kW、电压为500V～700V、电流为0.2mA/cm²～0.5mA/cm²的条件下，调节射频功率，使产生的氩气等离子浓度为1.0×10⁹/cm³～1.0×10¹⁰/cm³，进行预溅射清洗10min～30min；三、碳、氮离子注入：在经过步骤二处理的Cr₄Mo₄V钢轴承缓慢绕自身轴线匀速旋转的同时，将纯度为99.999at％的氮气和纯度为99.999at％的甲烷同时通入到真空室中，在甲烷与氮气分压比为1∶30～5、总气压为0.5Pa～1.5Pa的条件下，采用射频功率为300W～500W的射频激发等离子体，使碳氮等离子体密度为1.0×10⁹/cm³～1.0×10¹⁰/cm³，然后在注入电压为30kV～50kV、注入电流密度为30A/cm²～100A/cm²的条件下处理4～10小时，然后将Cr₄Mo₄V钢轴承冷却至室温；四、二次氮离子注入：将经过步骤三处理的Cr₄Mo₄V钢轴承在气源采用纯度为99.999at％的氮气、气压为0.08Pa～0.2Pa的条件下，用射频功率为300W～500W的射频激发等离子体，使碳氮等离子体密度为1.0×10⁹/cm³～1.0×10¹⁰/cm³，然后在注入电压为30kV～50kV、注入电流密度为30A/cm²～100A/cm²的条件下，处理2～4小时，即得注渗碳氮等离子体基离子的Cr₄Mo₄V钢轴承。

本发明通过在注入过程中提高轴承的温度，利用扩散效应增加改性层的厚度，解决了等离子体基离子注入技术改性层浅的问题。本发明方法具有以下优点：

(1)克服视线加工的局限，实现全方位注入：