喷砂预处理与离子氮碳氧硫复合工艺

　　38CrMoAl钢主要用于具有高耐磨性、高疲劳强度、热处理后尺寸精确的渗氮零件。该钢具有渗氮速度快、表面硬度较高。但是渗氮温度一般在500～580℃，渗层达到0.38～0.60mm需要45～60h。表面改性技术是利用物理、化学等方法改变材料表面成分、结构及性能的技术[1]。喷砂预处理不仅能改善工件表面的几何形貌和清洁度，而且能除去化学覆盖层或化学吸附层，增大了与涂料之间的接触面积，有利于提高涂层与基体的结合强度，使工件获得质量良好的镀层; 还可促使工件表层晶粒细化，位错密度增加，晶格畸变增大[2-6]。离子渗氮作为近年来发展较快的一种低温化学热处理工艺，具有渗速快、工件畸变小、渗层质量稳定以及节能环保等优点[7-8]。本文研究喷砂预处理与离子氮碳氧硫共渗复合工艺。

　　1 试验材料及方法

　　试样材料选用经过调质的38CrMoAl钢，其名义化学成分(质量分数，%)为:0.35～0.42C，0.20～0.40Si，0.30～0.60Mn，0.35～1.65Cr，0.15～0.25Mo。将截面尺寸为Φ45mm的38CrMoAl钢用线切割机切成18个14mm×14mm×8mm的试样。调质工艺: 加热到950℃×1h，油冷; 再经650℃×2h，油冷; 调质处理后的显微组织为回火索氏体，硬度为(290±20)HV0.2。取其中9个试样进行喷砂处理，试验选用液体喷砂机进行，弹丸采用0.6mm 石英砂，液体为亚硝酸钠水溶液，处理时间为90min，处理完毕试样依次经水洗、超声波丙酮清洗后烘干。

　　离子氮碳氧硫共渗仪器为LDMC-50A型离子渗氮炉。共渗工艺参数: 时间(2、5、8h)，温度(505、525、545℃)，氨气流量2.0L/min，CS2+乙醇混合液流量0.2L/min; 将处理后的试样用砂纸抛光后装入渗氮炉内。抽真空到50Pa左右，接通脉冲电源起辉光放电，经过处理后降温到300℃关炉。

　　2 试验结果及分析

　　2.1 喷砂预处理对离子氮碳氧硫共渗时间的影响

　　从渗层厚度上，研究喷砂预处理对离子氮碳氧硫共渗时间的影响。图1为在525℃时，经过不同的共渗时间得到的渗层厚度变化。由图1可以看出，经过喷砂预处理离子氮碳氧硫共渗复合处理的渗层先随时间的增加，厚度逐渐增大; 在经过共渗5h，渗层达到大约0.33mm以后，共渗时间对渗层厚度基本没有影响。离子氮碳氧硫共渗处理的渗层随时间的增加，厚度一直在增加; 在经过共渗8h，渗层达到大约0.28mm。由此可以推测，喷砂预处理能缩短离子氮碳氧硫共渗时间。

　　2.2 喷砂预处理对离子氮碳氧硫共渗温度的影响

　　从渗层厚度上，研究喷砂预处理对离子氮碳氧硫共渗温度的影响。图2为共渗时间为5h，经过过不同的共渗温度得到的渗层厚度变化。由图2可以看出，经过喷砂预处理离子氮碳氧硫共渗复合处理的渗层先随共渗温度的增加，厚度基本保持不变，大约在0.33mm; 共渗温度超过525℃，渗层厚度有减少的趋势。离子氮碳氧硫共渗的渗层随共渗温度的增加，厚度基本保持不变，大约0.23mm; 共渗温度超过525℃，渗层厚度有增加的趋势，在共渗温度为545℃时，渗层厚度大约为0.28mm。由此推测得到，喷砂预处理能降低离子氮碳氧硫共渗温度。