[发明专利]保护气氛辅助剂及热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料热处理用辅助剂及其热处理方法。

技术背景

金属材料保护气氛热处理是指在可控气氛保护条件下进行金属材料热处理一种热处理工艺方法。其保护气氛一般由H2、N2、CO和少量CH4、CO2、H2O等气体成分组成。几乎所有的碳氢化合物或只含有碳、氢、氧三种元素的化合物，都可以通过裂解、分解或氧化在高温状态下与水或空气反应生成热处理保护气氛。例如：甲醇、乙醇、正丁醇、异丙醇、丙酮、醋酸乙酯、苯、甲苯、二甲苯、煤油、柴油、丙烷气、丁烷气、天然气、煤气等都可以作为可控气氛热处理的辅助剂。

碳氢化合物在作为热处理气氛制造辅助剂时的作用基本是一致的，即提供一定量的碳、氢、氧元素，使之在高温状态下产生出H2、N2、CO和少量CH4、CO2、H2O等气体成分，所以可以根据可控气氛对碳、氢、氧三种元素的需要。其中甲醇、水或空气在热处理可控气氛制造和使用中的作用主要是提供炉压参数，调整可控气氛碳势。在传统的非可控气氛中一般可以不使用。

在现有的技术中，热处理气氛的制备多是采用将保护气氛制造原料或原料与空气、水、甲醇等通入热处理设备中混合后，利用高温使其生成热处理保护气氛，在热处理气氛的制备或使用中，普遍存在着碳黑多和化学热处理渗碳、碳氮共渗、氮碳共渗渗速慢的问题。

发明内容

本发明针对上述存在的问题，提供一种碳黑少、可控性强，且在保护气氛热处理渗碳、碳氮共渗、氮碳共渗时起到渗速快、渗层匀、适用范围广的可控保护气氛热处理辅助剂。

本发明所采用的辅助剂，其特点主要有含0.15％卤族元素的有机化合物，充分利用卤族元素离子以及它们与保护气氛中氢结合产生的卤化氢的腐蚀作用，可以活化工件表面、提高化学热处理相界面反应速度；含0.00033-0.28％的金属元素有机化合物，应用其高温下释放出的新生态金属离子有利于提高可控气氛的活性；含1.10％氮有机化合物，利用其在高温下释放出的活性氮原子和气氛中的碳原子在进行化学热处理时具有相互促进功能；使用三种辅助剂的同时，在气氛或其制造原料中，同时加入0.12％的稀土元素的化合物，利用其在高温下释放出的稀土元素，对其热处理过程中所起到的催化剂功能。

本发明适用于以任何辅助剂生成的以H2、N2、CO和少量CH4、CO2、H2O等气体成分组成的保护气氛热处理。利用本发明提出的方法，可以提高热处理保护气氛原料的产气量、减少碳黑形成、降低在热处理气氛中进行化学热处理时的工艺温度、提高化学热处理渗碳、碳氮共渗、氮碳共渗等的渗速等问题。

本发明有益效果：

1.应用本发明使工件表面碳黑少，产气量大，缓解了保护气氛热处理造气质量不稳定的问题，使保护气氛热处理工艺过程的可控制性增强，并可省去热处理气氛发生炉的设备投入，节约气氛原料，节约能源；

2.在同样工艺温度条件下比常规化学热处理渗碳、碳氮共渗、氮碳共渗渗速快30％左右，减少产品热处理变形，可显著提高生产效率、节约电能。

具体实施方式：

以下为本发明的具体实施例，实施例中列举的可控气氛原料除甲醇外都可以用任意一种或一种以上的碳氢化合物或只含有碳氢氧三种元素的化合物代替，例如：用煤油、乙醇、正丁醇、异丙醇、二甲苯、甲苯、苯、丙酮、醋酸乙酯、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、RX气、天然气、煤气等中的任一种代替；实施例中用甲醇、水或空气调整气氛碳势的方法，在非可控气氛热处理中可以不用；在所有实施例中都可以同时添加氮气等情性气体或氨气。

实施例1：

在气氛原料醋酸乙酯中添加2.2％重的氯苯，加甲醇、水或空气调整碳势；用于渗碳、碳氮共渗、氮碳共渗，可提高渗速、降低工艺温度。

实施例2：

在气氛原料甲醇中添加1.3％重的三氯乙烯，用煤油调整碳势，用于渗碳、碳氮共渗、氮碳共渗，可提高渗速、降低工艺温度。

实施例3：

在气氛原料甲醇和煤油中分别添加4％重的氯甲苯，用于渗碳、碳氮共渗、氮碳共渗，可提高渗速或降低工艺温度。

实施例4：

在气氛原料甲醇中添加0.0075％重的硝酸镍，用醋酸乙酯调整碳势，用于穆碳、碳氮共渗、氮碳共渗，可提高渗速、降低工艺温度。

实施例5：

在气氛原料甲醇中添加1.3％重的硝酸调0.22％重的三聚氰胺，用煤油调整碳势，用于渗碳、碳氮共渗、氮碳共渗，可提高渗速、降低工艺温度。