一種40Cr鋼抗植物磨料磨損表面強化工藝的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種40Cr鋼抗植物磨料磨損表面強化工藝，它包括調質、滲氮、拋光和鍍膜等工序。以純Ti靶(99.99％)作為濺射材料，采用中頻磁控濺射設備制備TirN薄膜，薄膜與基體材料間沉積200nm左右的Ti層作為過渡層。在沉積TiN薄膜的過程中，通入Ar、N2混合氣進行反應濺射沉積。該工藝通過調質預處理獲得較高的基體硬度，提高了TiN薄膜的承載能力，通過滲氮以及沉積Ti過渡層，顯著增強了TiN薄膜與40Cr基體的結合強度，大幅度提高了TiN薄膜的使用壽命。本發明工藝流程可操作性強，性價比高，可顯著提高40Cr材料的抗植物磨料磨損性能，進而可提高相關農機工作部件的使用壽命與工作效率。
【專利說明】一種40Cr鋼抗植物磨料磨損表面強化工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種40Cr鋼抗植物磨料磨損表面強化工藝。
【背景技術】
[0002]植物磨料是一種軟磨料，對金屬的磨損屬于磨料磨損。植物磨料對金屬材料的磨損廣泛存在于農業機械、農產品加工、食品加工等行業，例如聯合收割機割臺的磨損，農作物對耕作機械的磨損，粉碎機、制粒機、磨粉機、榨油機等關鍵部件的磨損失效，它是影響相應行業機械使用壽命的主要原因之一，嚴重的制約了生產率和經濟效益的提高，與國民經濟的發展息息相關。40Cr鋼是農業機械常用的金屬材料，目前主要采用常規熱處理、化學熱處理技術來提高其抗植物磨料磨損性能，這在一定程度上提高了材料的耐磨性，但效果并不顯著。隨著金屬材料表面強化技術的發展，需要尋求能更加有效的工藝措施來提高材料抗植物磨料磨損性能，從而大幅度提升相關農機工作部件的使用壽命的工作效率。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是為了克服現有技術中的不足之處，提供一種40Cr鋼抗植物磨料磨損表面強化工藝，從而有效解決了現有技術中存在的問題。
[0004]一種40Cr鋼抗植物磨料磨損表面強化工藝，其特征在于它的工藝步驟如下:
[0005]1、調質:淬火加熱溫度850±10°C，保溫130±20分鐘，油冷至平衡，油的最大冷卻速度為95~110°C /s，回火溫度580±20°C，保溫130±20分鐘，水冷至平衡。
[0006]2、滲氮:在井式氣體滲氮爐中進行，氮化溫度500±20°C，氮化時間36h，氨分解率25~35%，滲層厚度0.3~0.4mm。
[0007]3、拋光:分別用800目、1200目、2000目的砂紙預磨，最后用W0.5的研磨膏拋光，
拋光后表面粗糙度達20~40nm。
[0008]4、鍍膜:采用中頻磁控濺射設備制備TirN薄膜，純Ti靶(99.99 % )作為濺射材料。經前序處理的40Cr為基體材料，并在丙酮中超聲清洗三次，每次清洗15min，清洗后迅速吹干并放入腔室。在沉積之前，將基底溫度預熱到200°C，并用Ar+等離子體對基底進行轟擊，清除表面的氧化物及其它污染物。然后沉積200nm左右的Ti層作為過渡層，以提高TiN薄膜與基底之間的結合強度。在沉積TiN薄膜的過程中，設定偏壓-100V，濺射電流24A。通入Ar、N2混合氣進行反應濺射沉積，濺射氣壓為0.3Pa，調節N2流量在15sCCm，使濺射靶處于微中毒狀況。鍍膜時間4h,膜厚3.5~4.0 μ m。
[0009]本發明的有益效果是:
[0010]1.本發明通過調質預處理獲得了較高的基體硬度，提高了 TiN薄膜的承載能力。
[0011]2.本發明通過滲氮以及沉積Ti過渡層，顯著增強了 TiN薄膜與40Cr基體的結合強度，大幅度提高了 TiN薄膜的使用壽命。
[0012]3.本發明工藝 流程可操作性強，性價比高，可顯著提高40Cr材料的抗植物磨料磨損性能，進而可提高相關農機工作部件的使用壽命與工作效率。【具體實施方式】:
[0013]實施例1:一種40Cr鋼抗植物磨料磨損表面強化工藝，其特征在于它的工藝步驟如下:
[0014]1、調質:淬火加熱溫度860°C，保溫150分鐘，油冷至平衡，油的最大冷卻速度為Iio0C /S，回火溫度600°C，保溫150分鐘，水冷至平衡。
[0015]2、滲氮:在井式氣體滲氮爐中進行，氮化溫度520°C，氮化時間36h，氨分解率30%，滲層厚度0.35mm。
[0016]3、拋光:分別用800目、1200目、2000目的砂紙預磨，最后用W0.5的研磨膏拋光，
拋光后表面粗糙度達20~40nm。[0017]4、鍍膜:采用中頻磁控濺射設備制備TirN薄膜，純Ti靶(99.99 % )作為濺射材料。經前序處理的40Cr為基體材料，并在丙酮中超聲清洗三次，每次清洗15min，清洗后迅速吹干并放入腔室。在沉積之前，將基底溫度預熱到200°C，并用Ar+等離子體對基底進行轟擊，清除表面的氧化物及其它污染物。然后沉積200nm左右的Ti層作為過渡層，以提高TiN薄膜與基底之間的結合強度。在沉積TiN薄膜的過程中，設定偏壓-100V，濺射電流24A。通入Ar、N2混合氣進行反應濺射沉積，濺射氣壓為0.3Pa，調節N2流量在15sCCm，使濺射靶處于微中毒狀況。鍍膜時間4h,膜厚4.0 μ m。
[0018]實施例2:—種40Cr鋼抗植物磨料磨損表面強化工藝，其特征在于它的工藝步驟如下:
[0019]1、調質:淬火加熱溫度860°C，保溫120分鐘，油冷至平衡，油的最大冷卻速度為950C /s，回火溫度600°C，保溫120分鐘，水冷至平衡。
[0020]2、滲氮:在井式氣體滲氮爐中進行，氮化溫度500°C，氮化時間36h，氨分解率35%，滲層厚度0.4mm。
[0021]3、拋光:分別用800目、1200目、2000目的砂紙預磨，最后用W0.5的研磨膏拋光，
拋光后表面粗糙度達20~40nm。
[0022]4、鍍膜:采用中頻磁控濺射設備制備TirN薄膜，純Ti靶(99.99 % )作為濺射材料。經前序處理的40Cr為基體材料，并在丙酮中超聲清洗三次，每次清洗15min，清洗后迅速吹干并放入腔室。在沉積之前，將基底溫度預熱到120°C，并用Ar+等離子體對基底進行轟擊，清除表面的氧化物及其它污染物。然后沉積200nm左右的Ti層作為過渡層，以提高TiN薄膜與基底之間的結合強度。在沉積TiN薄膜的過程中，設定偏壓-100V，濺射電流20A。通入Ar、N2混合氣進行反應濺射沉積，濺射氣壓為0.3Pa，調節N2流量在15sCCm，使濺射靶處于微中毒狀況。鍍膜時間4h,膜厚3.5 μ m。
[0023]以下為所述實施例的實施效果數據:
[0024]磨料磨損試驗在MLS-225型濕砂橡膠輪式磨料磨損試驗機上進行。試驗用植物磨料包括苜蓿草粉、小麥秸桿、玉米秸桿三種，其中苜蓿品種為甘農三號紫花苜蓿、小麥品種為隴春23號，玉米品種為武科2號，金屬材料為經不同工藝處理的40Cr鋼，金屬試件規格為57_X24.5_X6mm。將磨料原料經粉碎機粉碎,利用標準分級篩篩取6_的不同磨料，將磨料含水率調至6 %。試驗工況為負荷150N、轉速200r/min、磨料流量80g/min，每1000Or為一磨程，總計5個磨程，試驗重復3次。所有試樣磨損試驗前后浸入丙酮溶液進行超聲清洗，采用精度為0.1mg的分析天平稱重，磨損前后質量之差即為磨損失重。
[0025]試驗結果與分析:
[0026]表1為試驗工況下不同處理工藝的40Cr鋼磨損失重檢測結果。
[0027]表1不同處理工藝的40Cr鋼磨損失重
[0028]
【權利要求】
1.一種40Cr鋼抗植物磨料磨損表面強化工藝，其特征在于它的工藝步驟如下:1.1、調質:淬火加熱溫度850±10°C，保溫130±20分鐘，油冷至平衡，油的最大冷卻速度為95~.1lO℃ /s，回火溫度580±20°C，保溫130±20分鐘，水冷至平衡；1.2、滲氮:在井式氣體滲氮爐中進行，氮化溫度500±20°C，氮化時間36h，氨分解率25~35%，滲層厚度0.3~.0.4mm； 1.3、拋光:分別用800目、1200目、2000目的砂紙預磨，最后用W0.5的研磨膏拋光，拋光后表面粗糙度達20~40nm ; 1.4、鍍膜:采用中頻磁控濺射設備制備TirN薄膜，純Ti靶(99.99% )作為濺射材料，經前序處理的40Cr為基體材料，并在丙酮中超聲清洗三次，每次清洗15min，清洗后迅速吹干并放入腔室，在沉積之前，將基底溫度預熱到200°C，并用Ar+等離子體對基底進行轟擊，清除表面的氧化物及其它污染物，然后沉積200nm左右的Ti層作為過渡層，在沉積TiN薄膜的過程中，設定偏壓-100V，濺射電流24A，通入Ar、N2混合氣進行反應濺射沉積，濺射氣壓為0.3Pa，調節N2流量在15sCCm，使濺射靶處于微中毒狀況，鍍膜時間 4h，膜厚3.5~4.0 μ m。
【文檔編號】C23C14/35GK103911619SQ201310003914
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年1月6日 優先權日:2013年1月6日
【發明者】吳勁鋒, 黃曉鵬, 萬芳新, 張克平, 張煒, 何乃如, 邱孟柯 申請人:甘肅農業大學