[发明专利]一种钢基表面复合改性层及其制备方法

说明书

本发明提供一种钢基表面复合改性层，包括以下重量份的原料：Fe 5‑35重量份，Co 5‑35重量份，Cr 5‑35重量份，Ni 5‑35重量份。该复合改性层能够提高钢基材料表面的耐磨、耐冲击、以及耐蚀性能，增加钢基体对渗氮层的强度支撑，改善渗氮工件截面的硬度梯度，避免渗氮层在疲劳磨损中出现脆性剥落。除此之外，本发明还提供一种钢基表面复合改性层的制备方法，该方法工艺简单，渗氮速度快，效率高，渗氮层厚度大，脆性较低且硬度梯度小。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种钢基表面复合改性层及其制备方法。

背景技术

随着航空航天、船舶机械等领域的不断发展，人们对特殊工况下钢铁材料表面涂层的耐磨耐冲击耐蚀性能要求也不断提高。合金钢常用于各种受冲击负荷不大而耐磨性高的零件，如镗杆、自动车床主轴、活塞杆等，但在飞机起落架、各类阀门等具有特殊工况的应用领域中，常规合金钢已不能满足特殊工况对于钢材性能的苛刻要求。为此，表面渗氮作为一种成熟手段被广泛运用于钢材改性。

但在传统的表面渗氮工艺中，渗氮速度慢、渗氮层浅、渗氮层硬度梯度大、脆性大等缺陷往往会阻碍材料性能的进一步提升。常规的“加快渗氮速度，增加渗层深度，改善渗层性能”的手段主要有控制氮势和周期循环渗氮、表面预氧化、表面纳米化预处理、以及渗氮后再进行激光硬化复合处理等，这些技术虽然能够在一定程度上加快渗氮速度、增加渗层深度、改善渗层性能，但对钢基表面渗氮层的组成相的类型(Fe-N化合物)没有根本改变，对钢材耐磨耐冲击耐蚀性能的提高程度有限，渗氮层易在疲劳磨损中出现剥落。

因此，如何增加钢基体的强度，改善渗氮工件截面的硬度梯度，降低渗层脆性，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种钢基表面复合改性层，该复合改性层能够提高钢基材料表面的耐磨、耐冲击、以及耐蚀性能，增加钢基体对渗氮层的强度支撑，改善渗氮工件截面的硬度梯度，避免渗氮层在疲劳磨损中出现脆性剥落。除此之外，本发明还提供一种钢基表面复合改性层的制备方法，该方法工艺简单，渗氮速度快，效率高，渗氮层厚度大，脆性较低且硬度梯度小。

本发明提供一种钢基表面复合改性层，包括以下重量份的原料：Fe 5-35重量份，Co 5-35重量份，Cr 5-35重量份，Ni 5-35重量份。

本发明提供的钢基表面复合改性层，能够增加钢基体对渗氮层的强度支撑，改善渗氮工件截面的硬度梯度，避免渗氮层在疲劳磨损中出现脆性剥落。其中，Cr易形成致密氧化膜，Ni可以提高基体在中性、还原性、碱性介质中的抗腐蚀能力。铬可以增加钢基体强度，为后续渗氮层的形成提供强度支撑，铬还可以和铁形成的Fe(Cr)固溶体结构改善基体渗层硬度及硬度梯度，提高耐磨性。钴本身是一种耐磨耐腐蚀性能良好的金属，在共渗过程中，也有利于细化氮化物从而达到增强渗层的耐磨性。

优选的，包括以下重量份的原料：Fe 20-30重量份，Co 20-30重量份，Cr 20-30重量份，Ni 20-30重量份。

优选的，包括以下重量份的原料：Fe 25重量份，Co 25重量份，Cr 25重量份，Ni 25重量份。

除此之外，本发明还提供上述钢基表面复合改性层的制备方法，包括以下步骤：

按配方称取Fe、Co、Cr、Ni金属粉末，混合均匀后经压制、真空烧结形成合金靶材；

以所述合金靶材作为源极靶材，对钢基体进行双层辉光渗金属处理，使所述钢基体的表面形成含FeCoCrNi的高熵合金层；

通过高能脉冲磁控溅射对具有所述高熵合金层的所述钢基体进行渗氮处理