[发明专利]一种粉末冶金零件的表面处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种粉末冶金零件表面的耐磨损、耐腐蚀、低摩擦系数的表面处理方法。

背景技术

粉末冶金零件是指不经熔炼和铸造，直接用几种金属粉末或金属粉末与非金属粉末，通过配制、压制成型，烧结等直接制成的金属部件，粉末冶金是金属冶金工艺与陶瓷烧结工艺的完美结合，用粉末冶金方法制造产品时，金属的损耗只有1～5％，而用一般熔铸方法生产时，金属的损耗可能会达到80％，粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯，而不需要或很少需要随后的机械加工，故能大大节约金属，降低产品成本、大规模生产的先进工艺方法。

为了进一步扩大应用领域，必须在提高粉末冶金材料密度级别的基础上，要求研发高疲劳寿命粉末冶金部件，进一步提高粉末冶金表面的硬度、耐腐蚀能力、改善摩擦学特性，这是对粉末冶金材料学的极大挑战。由于粉末冶金的多孔特性，传统的渗碳、渗氮，使粉末冶金零件出现明显的脆性倾向，对粉末冶金齿轮类高载荷零件几乎无法使用，不得不研发更高级的高合金钢代替熔铸的普通碳钢，而离子注入和激光淬火等工艺由于工艺的稳定性和成本问题，至今没有得到很好的应用。

20世纪70年代，以热处理设备和热处理技术见长的德国Degussa公司利用其在盐浴技术方面的丰富经验和强大的技术实力，率先开发出了原料中完全不含氰化物的盐浴配方，并增加了一道可以彻底分解残余氰根的氧化工序，这样就形成了新的无公害的盐浴复合处理技术。这种新的盐浴复合处理技术不仅原料无毒，不污染环境，而且使金属表面的耐磨性和抗蚀性有更大幅度的提高。美国Kolene公司随后引进了Degussa公司的盐浴复合处理技术，并加以改进，在工件经盐浴氮化和氧化后增加了一道抛光工序，抛光后再氧化一次。这样可以使工件表面粗糙度大大降低，外观赏心悦目，同时还可以使金属表面的耐磨性和抗蚀性进一步提高，现在把这一技术称为QPQ(Quench-Polish-Quench)技术。QPQ技术可以同时大幅度提高金属表面的耐磨性和抗蚀性，而且还具有处理后零件几乎不变形，无公害，节能等优点，因此被称作金属科技领域内的革命性新技术。

由于粉末冶金的多孔特性，大量的研究证实对粉末冶金进行QPQ处理过程中，由于毛细管作用，大量的处理液态盐残留于基体中，不仅不能提高粉末冶金的表面耐磨性和抗蚀性，反而使产品有害。表面性能的优劣直接影响着粉末冶金的使用性能及寿命。因此，改善粉末冶金的表面性能是解决问题的关键。而在现有技术中，几乎没有人对粉末冶金进行表面处理以改善其表面性能达到传统钢铁QPQ的效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种对粉末冶金合金零件进行表面处理的方法，以提高粉末冶金部件的表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性能以及抗疲劳开裂的能力，降低粉末冶金的磨损率，减少表面缺陷和产生疲劳裂纹的倾向，提高粉末冶金部件的疲劳强度和抗蚀性能。

对于本发明的对粉末冶金合金部件进行表面处理的方法，该技术问题是这样加以解决的：

该表面处理方法包括以下步骤，①首先粉末冶金零件进行去脂、酸性活化、去离子水洗干净；②接着对该零件进行粉末冶金零件进行烘干，去除表面的残留水；③再接着对该粉末冶金零件进行温度为480～650℃，时间为30～150min的一步气体渗氮硫铬处理，使得渗层组织厚度达到15～45μm；④然后对该零件进行喷沙或喷丸处理，去除化合物层外面的疏松层；⑤再对该粉末冶金零件进行温度为300～400℃，时间为10～60min氧化处理，使渗层组织表面覆盖氧化层。其中步骤③～⑤优选至少重复一次，更优选重复1-3次，进一步优选重复2-3次。

其中在步骤③中的一步气体渗氮硫铬处理，是在盐浴炉中采用气态的硫铬络合物与氨气的混合气体，带入炉内。气态硫铬络合物与氨气之间的质量比优选70∶30-30∶70，更优选60∶40-40∶60。在温度为480～650℃，气态硫铬络合物与氨气均离子化，很容易与粉末冶金零件形成氮硫铬铁化合物，而传统的“渗氮”、“渗硫”、“渗铬”均只能单一进行，单一的渗层组织不仅渗层脆性大、容易剥落，也不能完全同时满足高寿命粉末冶金零件表面高硬度、耐腐蚀、降低摩擦系数、提高疲劳强度的要求，而且渗铬和液态渗氮属于液态渗，不能用于带盲孔和小孔的部件尤其是粉末冶金零件。采用气态硫铬络合物与氨气载体对粉末冶金零件一步气体渗氮硫铬处理是本发明区别于传统渗氮渗硫等表面改性。