[发明专利]一种40Cr钢抗植物磨料磨损表面强化工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种40Cr钢抗植物磨料磨损表面强化工艺。

背景技术

植物磨料是一种软磨料，对金属的磨损属于磨料磨损。植物磨料对金属材料的磨损广泛存在于农业机械、农产品加工、食品加工等行业，例如联合收割机割台的磨损，农作物对耕作机械的磨损，粉碎机、制粒机、磨粉机、榨油机等关键部件的磨损失效，它是影响相应行业机械使用寿命的主要原因之一，严重的制约了生产率和经济效益的提高，与国民经济的发展息息相关。40Cr钢是农业机械常用的金属材料，目前主要采用常规热处理、化学热处理技术来提高其抗植物磨料磨损性能，这在一定程度上提高了材料的耐磨性，但效果并不显著。随着金属材料表面强化技术的发展，需要寻求能更加有效的工艺措施来提高材料抗植物磨料磨损性能，从而大幅度提升相关农机工作部件的使用寿命的工作效率。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种40Cr钢抗植物磨料磨损表面强化工艺，从而有效解决了现有技术中存在的问题。

一种40Cr钢抗植物磨料磨损表面强化工艺，其特征在于它的工艺步骤如下：

1、调质：淬火加热温度850±10℃，保温130±20分钟，油冷至平衡，油的最大冷却速度为95～110℃/s，回火温度580±20℃，保温130±20分钟，水冷至平衡。

2、渗氮：在井式气体渗氮炉中进行，氮化温度500±20℃，氮化时间36h，氨分解率25～35％，渗层厚度0.3～0.4mm。

3、抛光：分别用800目、1200目、2000目的砂纸预磨，最后用W0.5的研磨膏抛光，抛光后表面粗糙度达20～40nm。

4、镀膜：采用中频磁控溅射设备制备TirN薄膜，纯Ti靶(99.99％)作为溅射材料。经前序处理的40Cr为基体材料，并在丙酮中超声清洗三次，每次清洗15min，清洗后迅速吹干并放入腔室。在沉积之前，将基底温度预热到200℃，并用Ar+等离子体对基底进行轰击，清除表面的氧化物及其它污染物。然后沉积200nm左右的Ti层作为过渡层，以提高TiN薄膜与基底之间的结合强度。在沉积TiN薄膜的过程中，设定偏压-100V，溅射电流24A。通入Ar、N₂混合气进行反应溅射沉积，溅射气压为0.3Pa，调节N₂流量在15sccm，使溅射靶处于微中毒状况。镀膜时间4h，膜厚3.5～4.0μm。

本发明的有益效果是：

1.本发明通过调质预处理获得了较高的基体硬度，提高了TiN薄膜的承载能力。

2.本发明通过渗氮以及沉积Ti过渡层，显著增强了TiN薄膜与40Cr基体的结合强度，大幅度提高了TiN薄膜的使用寿命。

3.本发明工艺流程可操作性强，性价比高，可显著提高40Cr材料的抗植物磨料磨损性能，进而可提高相关农机工作部件的使用寿命与工作效率。

具体实施方式：

实施例1：一种40Cr钢抗植物磨料磨损表面强化工艺，其特征在于它的工艺步骤如下：

1、调质：淬火加热温度860℃，保温150分钟，油冷至平衡，油的最大冷却速度为110℃/s，回火温度600℃，保温150分钟，水冷至平衡。

2、渗氮：在井式气体渗氮炉中进行，氮化温度520℃，氮化时间36h，氨分解率30％，渗层厚度0.35mm。

3、抛光：分别用800目、1200目、2000目的砂纸预磨，最后用W0.5的研磨膏抛光，抛光后表面粗糙度达20～40nm。

4、镀膜：采用中频磁控溅射设备制备TirN薄膜，纯Ti靶(99.99％)作为溅射材料。经前序处理的40Cr为基体材料，并在丙酮中超声清洗三次，每次清洗15min，清洗后迅速吹干并放入腔室。在沉积之前，将基底温度预热到200℃，并用Ar+等离子体对基底进行轰击，清除表面的氧化物及其它污染物。然后沉积200nm左右的Ti层作为过渡层，以提高TiN薄膜与基底之间的结合强度。在沉积TiN薄膜的过程中，设定偏压-100V，溅射电流24A。通入Ar、N₂混合气进行反应溅射沉积，溅射气压为0.3Pa，调节N₂流量在15sccm，使溅射靶处于微中毒状况。镀膜时间4h，膜厚4.0μm。

实施例2：一种40Cr钢抗植物磨料磨损表面强化工艺，其特征在于它的工艺步骤如下：

1、调质：淬火加热温度860℃，保温120分钟，油冷至平衡，油的最大冷却速度为95℃/s，回火温度600℃，保温120分钟，水冷至平衡。