不锈钢表面硬化具有良好的耐蚀性能，广泛应用于石油、化工、造纸、能源、阀门、密封件、装饰、纺织机械、医疗器械、仪器仪表、精密机械、航天航空和海洋工程等工业领域。但是通常不锈钢的硬度较低(一般情况下为200～350HV)，耐磨性较差，表面易出现划伤和磨损现象，因此在一些对耐磨性要求较高的领域，其应用受到一定限制。为了提高不锈钢的耐磨性，国内外学者多年来在不锈钢表面进行了各种改性处理和强化研究，例如渗氮、渗碳、电镀、化学镀、气相沉积、离子注入、热喷涂等。上述工艺方法中，渗氮和渗碳是最常用的表面硬化方法。

　　钢的渗氮和渗碳是使氮或碳原子渗入钢的表面，形成富氮或富碳硬化层的一种化学热处理工艺。从理论上讲，所有的钢铁材料都能渗氮和渗碳。但是对于不锈钢，由于其表面具有致密的铬基氧化物钝化膜，这层钝化膜在起到抗腐蚀作用的同时，也会阻碍氮、碳原子的渗入。因此，不锈钢渗氮和渗碳时必须去除其表面的钝化膜。此外，不锈钢表面硬化（不锈钢渗氮）通常必须在≥500℃或更高的温度下才能进行。但在上述温度下渗氮或渗碳后，渗层中会形成铬的氮化物或碳化物，由此在不锈钢表面产生局部贫铬区，使其耐蚀性下降。

　　近年来大量的研究报道发现，为了硬化目的将不锈钢制品在低于450℃进行渗氮和在低于500℃的温度下进行渗碳处理时，可以得到无氮化物或碳化物析出的单相过饱和固溶体硬化层，与在高温下进行的传统渗氮和渗碳处理工艺相比，低温处理获得的过饱和固溶体硬化层既有高硬度又具有高耐蚀性，同时还具有很好的塑性和韧性。

1.不锈钢表面硬化工艺介绍  The SD process

　　SD工艺是一种低温过饱和固溶扩散（Supersaturation-Diffusion）处理工艺，其本质是在400～480℃的温度下，将不锈钢置于高浓度的碳、氮气氛介质中，在不锈钢表面经扩散形成厚度为20～50μm的过饱和固溶体硬化层，固溶体中C和N的含量高达10～12Wt.%，由此可以稳定地获得≥1000HV0.1的高硬度，最高硬度可达1750HV0.05，这一相当于硬质合金硬度的硬度值，是目前同类工艺中所能达到的最高硬度值。    

　　SD工艺不锈钢表面硬化最显著的特点是其处理温度远低于传统渗氮及渗碳处理的工艺温度，在这一温度下形成的是单一固溶体相，而不形成铬的化合物，硬化层中铬元素的固溶浓度不降低。因此，SD工艺在获得高硬度的同时，还可获得等同或超过基体的耐蚀性能，并保持基材原有的塑性、韧性和尺寸精度。对于常用的各类不锈钢，采用SD工艺可达到如下技术指标：

　　　（1）表面硬度：1000～1750HV0.1（相当于69～81HRC）

　　　（2）硬化层深：20～50μm

　　　（3）耐磨性提高30～100倍

　　　（4）耐蚀性优于或等同于未处理前

2. 不锈钢表面硬化主要特点 Advantage

　　在钢表面形成的SD硬化层，具有如下特点：

　　　（1）与基体冶金结合，抗剥落性、抗热震性及塑韧性优异

　　　（2）高硬度及低摩擦系数

　　　（3）耐磨损、抗拉伤

　　　（4）致密无缺陷，耐腐蚀及抗点蚀

　　　（5）良好的抗咬合性能                                             

　　　（6）不增加表面粗糙度，可维持原有色泽及镜面效果

　　　（7）无尺寸变形，基本不影响基体硬度和强度

3.不锈钢表面硬化适用材料 Range　of steels suitable for SD

　　SD工艺适用于以下钢种：

　　各类奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢及双相不锈钢，如201、202、304、304L、316、316L、321、310S、410、420、440、430、443、630(17-4PH)、631(17-7PH)等。

　　镍基合金，如Inconel600、625 和718，Incoloy800和825，Hastelloy C、C22 和 C276等。

　　亦可用于普通合金钢及各类模具钢、轴承钢及高速钢的表面强化。

不锈钢表面硬化的两种工艺

1、不锈钢低温渗氮

2、不锈钢低温渗碳