[发明专利]一种在渗碳、渗氮和/或氮碳共渗之前活化钝态铁的或者非铁的金属制品的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种活化钝态铁的或者非铁的金属制品的方法。本发明还涉及一种对已经根据本发明进行了活化的制品进行渗碳、渗氮或者氮碳共渗(nitrocarburising)的方法。

发明背景

依靠带有氮或者碳的气体来热化学表面处理铁和钢是公知的方法，分别称作渗氮或者渗碳。氮碳共渗是这样一种方法，其中使用了带有碳和氮的气体。传统上使用这些方法来提高铁和低合金化钢制品的硬度和耐磨性。将该钢制品曝露于高温的带有碳和/或氮的气体一段时间，由此该气体分解和碳和/或氮原子扩散通过钢表面进入钢材料中。接近于表面的最外面的材料被转化成具有提高的硬度的层，并且这个层的厚度取决于处理温度、处理时间和气体混合物的组成。

US1772866(Hirsch)公开了一种在坩埚中用脲来渗氮铁或者钼钢制品的方法。该制品和脲一起引入到坩埚中，然后加热到足以从脲中释放出初生的氮的温度。

Dunn等人“Urea Process for Nitriding Steels”，Transactions of the A.S.M.，第776-791页1942年9月公开了一种使用脲来渗氮钢的方法。选择脲作为已知的廉价材料，来在加热时放出氨，并且还因为它易于处理和存储。在一种设置中，将固体脲与钢制品在渗氮炉中一起加热。在另外一种改进的设置中，将脲在外部发生器中加热，并且将所放出的氨供给到含有钢制品的炉子中。

Chen等人，Journal of Materials Science24(1989)，2833-2838公开了通过用脲在570℃处理90min，来对铸铁进行氮碳共渗。据称脲在500-600℃的温度分解成为一氧化碳初生氮和氢。

Schaber等人Thermochimica Acta 424(2004)131-142(Elsevier)分析了脲在开放容器中的热分解，并且发现了在133-350℃温度的加热过程中产生了许多不同的分解产物，包括氰酸，氰尿酸，氰尿酰胺，缩二脲，氰尿二酰胺和三聚氰胺。另外，通过不同的分解亚反应形成了大量的NH₃。在高于250℃的温度发生了明显的升华和形成了另外的分解产物。

因此，在脲分解过程中，还不完全已知的是当脲加热到高达500℃的温度时，发生进一步的分解之前，中间产物的产生以及它们每个产生多长时间。

Cataldo等人[Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 87(2010)34-44]分析了甲酰胺(HCONH₂)的热分解。该反应更复杂，并且包括分解产物HCN，NH₃和CO。

在渗氮和氮碳共渗实践中，在实际的处理之前表面的活化经常是通过在一定的温度范围，典型的在350℃至刚刚低于渗氮/氮碳共渗温度的温度的氧化处理来建立的。对于高合金化的自钝化材料来说，预氧化温度是非常高的，并且远高于进行渗氮/氮碳共渗的温度，而没有避免形成合金元素氮化物。已经提出了不同的选项，用于活化自钝化的不锈钢。

EP0588458(Tahara等人)公开了一种对奥氏体钢渗氮的方法，其包括将奥氏体不锈钢在含氟或者含氟化物的气氛中加热来活化，随后将该氟化的奥氏体不锈钢在渗氮气氛中在低于450℃的温度加热，来在该奥氏体不锈钢表面层中形成渗氮层。在这种两阶段方法中，将该不锈钢表面的钝态层转化成含氟表面层，其在随后的渗氮阶段中是氮原子能够渗透过的。该含氟或者含氟化物的气氛本身不为该不锈钢制品提供渗氮。加入含卤素或者含卤化物的气体来活化是一种通用的方法，并且已知的是对于加工装置内部具有侵蚀性以及会导致炉子、夹具和电枢的严重的锈蚀。

EP1521861(Somers等人)公开了一种依靠包括碳和/或氮的气体来表面硬化不锈钢制品的方法，由此将碳和/或氮原子扩散通过该制品的表面，该表面硬化是在低于产生碳化物和/或氮化物的温度进行的。该方法包括活化该制品的表面，在该活化的表面上施用顶层来防止重新钝化。该顶层包括金属，其被催化来分解所述气体。