[发明专利]钛催化渗氮工艺

说明书

技术领域

本发明涉及黑色金属工件氮化技术，具体的说是以钛为催化剂的氮化技术。

技术背景

目前黑色金属工件的液体钛氮化硬度较低，渗氮层浅，就普通碳素钢而言，在600℃ 2小时处理后，表面硬度公认(HV100g)500-600，其硬化层(白亮层)仅为20微米以下且脆性大。对于合金钢(高速钢、模具钢)虽然能达到HV1000左右的硬度，但使用寿命仅能提高半倍左右，氮化效果不稳定，深浅不一，因为脆性大，所以使用寿命不理想。更谈不上使用低价材料代替高价材料的问题。

发明内容

本发明目的是提供一种渗氮层深，提高表面硬度，延长工件使用寿命，甚至采用低价材料，如碳素钢代替高价材料，如高速钢、模具钢的钛催化渗氮工艺。

本发明的目的可按下述技术方案来实现：本发明主要是真对黑色金属的工件渗氮加工，提供一种新工艺技术，它包括二大部分：一是先镀钛棒，得到渗氮的钛催化剂，再用钛催化剂促进对工件进行渗氮，而达到更先进更理想的效果。

可通过水溶液电镀法或干式离子镀法，获得钛的纯金属和钛的低价氧化物为催化剂。

(一)水溶液电镀法进行渗氮工艺

水溶电镀钛法溶液的成份为：

三氧化钛(15wt％)   5～50  毫升/升

酒石酸             5～150 克/升

柠檬酸             3～50  克/升

蔗糖               5～30  克/升

草酸               30～50 克/升

甘油               10～50 克/升

双氧水    50～100毫升/升

往上述溶液中，再加入氢氧化钠5wt％或氢氧化钾5wt％或氢氧化铵调整为PH 7.5～12后再加入明胶或阿拉伯树胶5～20克/升，作为分散剂，余量为水，作为先镀钛的溶液；

在该溶液温度为10～40℃，时间为15～60分钟，电流密度为1～3.5安培/分米²，以石墨或海棉钛为阳极的条件下，将碳素钢棒用盐酸清洗之后水洗，水洗后放入电镀液中，作为载体，接负电极，将其镀上钛的纯金属和钛的低价氧化物，即成为钛棒；

取出钛棒立即放入另外的槽内镀锌，以便防止镀的钛被氧化。

所述的渗氮炉的炉内温度为600℃以上，渗氮的盐液需要不停的搅拌使钛加速挥发进入盐液中；保持60分钟以上，使钛的含量达到0.5/万～4/万(质量比)，这时将要渗氮的工件，经过清洗处理，经150～200℃预热后进行渗氮，时间为半小时～2小时，然后取出冷却放入含碱性及低浓度甲醛溶液的清洗水中，以消除有毒的氰根，再以250℃进行1小时回火处理，即完成氮化。

钛棒开始要少加，逐步加量，成纳米状态，同时搅拌时间60分钟，使钛挥发进入盐液中。

所述的渗氮盐液为尿素30～50wt％，碳酸钾或碳酸钠25～35wt％，氯化钠或氯化钾25～35wt％，使用中分析成份：氰酸根3～34wt％，氰根25～0wt％，氯根27～30wt％，碳酸根25~0wt％；

或者是以下盐液：氮源：尿素55～65wt％，碳源：碳酸钠或碳酸钾35～45wt％，使用中分析成份氰酸根3～34wt％，氰根25～0wt％，碳酸根25～0wt％；

如果氰根在24％以上和碳酸根30％以上则过高，盐液不稳定变稠，凝点升高，为此加入适量尿素使碳酸根下降。

最佳参数的确定如钛催化剂加入量；处理温度；时间及盐的成份和各种不同材质工件的处理参数的确定，可采用下列方法优选确定，并可使生产始终保持在最佳状态。

盐中钛含量的分析：在配方(一)中为0.5/万以上，配方(二)中的为1万～4/万。

盐成份的分析：氰酸根、氰根、碳酸根、氯根。放入与工件同材质的试片以硬度和金相分析确定。

将待渗氮的工件用清洗剂除油，自来水洗、盐酸洗、水洗、含低浓度纯碱的90℃以上的热水烫干，然后在150～200℃预热，(工件预热时间以达到恒温止)。渗氮后在含有纯碱碱性及低浓度甲醛的溶液中清洗水冷或空冷，250℃1小时回火即为成品。

(二)干式离子镀钛的氮化工艺

先将碳素钢棒机械抛光，用布轮抛光带酒精擦洗干净，进行离子镀0.5～3小时，常温镀钛，厚度2-3微米，而获得钛棒；

再将钛棒送入渗氮炉中渗氮；