[发明专利]钢的空气－乙醇离子氮碳氧共渗工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及钢的表面化学热处理工艺。适用于碳钢、合金结构钢和工模具钢的表面强化。

背景技术：

中国发明专利申请号为200510057118.9的《钢的空气/汽油离子多元共渗工艺》发明申请，其工艺流程为：(1)将调质后的工件清洗、干燥，置于阴极盘上，关闭炉体，用机械泵将离子渗氮炉内抽成真空至50～120Pa；(2)向阴阳极输入10～1000V的可调直流高压至炉内打散弧，打散弧稀少后再调直流电压直至不打或少打散弧；(3)向渗氮炉内通空气和汽油混合气；(4)以50～100℃/小时的速度将工件加热到500～580℃；(5)保温0.5～60小时后，关闭气源和电源，用机械泵排除离子渗氮炉内的空气和汽油混合气，以50～100℃/小时的速度随炉冷至50～150℃后停炉，待工件在炉内冷却至室温后开炉取出工件。

其不足之处在于：1、利用空气和汽油作为气源，其中汽油是不可再生的能源；

2、汽油分子比较大，不容易离解出活性原子，导致过量的碳容易使辉光熄灭；

3、该工艺的表面硬度偏低。

发明内容：

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种空气-乙醇离子氮碳氧共渗工艺，利用该工艺对钢进行离子氮碳氧共渗，解决气源的可再生问题，并且工艺参数容易调节使辉光稳定和提高表面硬度。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

本发明的主要原理是利用乙醇的氧化脱氢反应，一方面消耗掉离子渗氮炉中过剩的氧气，另一方面脱氢后产生的氢分子、氢原子及它们的离子，有助于产生活性氮原子，乙醇的裂解也提供共渗所需要的活性碳原子。

(1)将调质后的工件清洗、干燥，置于离子渗氮炉内的阴极盘上；

(2)关闭炉体，用机械泵将离子渗氮炉内抽成真空至50～120Pa；

(3)接通电源开关，向阴阳极输入2～900V直流电压至炉内打散弧，打散弧稀少后，再调直流电压直至不打散弧；

(4)向离子渗氮炉内同时通入流量比为25∶(3～9)的空气和乙醇挥发气，以50～150℃/小时的加热速度将工件加热到480～640℃；

(5)在620～680V保温0.5～60小时后，关闭气源和电源，以50～100℃/小时的冷却速度随炉冷至50～150℃后停炉，待工件在炉内冷却至室温后开炉取出工件。

本发明与现有技术相比具有以下技术效果：

与空气-汽油离子多元共渗工艺相比，空气-乙醇离子氮碳氧共渗工艺主要应用空气和乙醇，空气和乙醇挥发气直接通入炉内，不用经过干燥，使装置更加简化，乙醇能再生，工艺参数容易调节使辉光稳定，表面硬度可达HV750，提高了50％。

附图说明：

图1为空气作渗氮气源的空气-乙醇离子氮碳氧共渗工艺流程图；

图2为空气作渗氮气源的空气-乙醇离子氮碳氧共渗工艺供气系统示意图；

图3为40Cr钢用流量比为25∶3的空气和乙醇挥发气在680V电压下处理5小时后的显微硬度曲线图；

图4为40Cr钢用流量比为25∶3的空气和乙醇挥发气在640V电压下处理5小时后的显微硬度曲线图；

图5为40Cr钢用流量比为25∶6的空气和乙醇挥发气在680V电压下处理5小时后的显微硬度曲线图；

图6为40Cr钢用流量比为25∶6的空气和乙醇挥发气在640V电压下处理5小时后的显微硬度曲线图；

图7为45钢用流量比为25∶9的空气和乙醇挥发气在680V电压下处理5小时后的显微硬度曲线图；

图8为45钢用流量比为25∶9的空气和乙醇挥发气在640V电压下处理5小时后的显微硬度曲线图；

在图2中，1为贮液罐，2和3为流量计，4为连通器，5为离子渗氮炉体，6为工件，7为阴极盘。在图2～7中，横坐标表示离表面的距离，纵坐标表示硬度值(HV0.2)

具体实施方式：

实施例1：40Cr钢的空气-乙醇离子氮碳氧共渗工艺

(1)将调质后的工件清洗、干燥，置于离子渗氮炉内的阴极盘上；

(2)关闭炉体，用机械泵将离子渗氮炉内抽成真空至100Pa；

(3)接通电源开关，向阴阳极输入900V的可调直流电压至炉内打散弧，打散弧稀少后再调直流电压直至不打散弧；

(4)向离子渗氮炉内同时通入流量比为25∶3的空气和乙醇挥发气，以100℃/小时的加热速度将工件加热到480℃；