[发明专利]交流电场增强粉末法渗铬的方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于金属零件表面化学热处理的方法与装置，特指一种用于金属零件表面强化、提高金属零件表面硬度、耐磨损性能、抗氧化性能与抗腐蚀性能的交流电场增强粉末法渗铬的方法与装置。

背景技术

将铬元素渗入金属工件表层形成渗铬层的化学热处理工艺称为渗铬。渗铬层具有很高的硬度、耐磨损、抗高温氧化、抗腐蚀等性能。通过渗铬处理，可以采用价格低廉的碳钢、低合金钢代替昂贵的高合金不锈钢、耐热钢、模具钢等来制作一些耐腐蚀、耐磨损零部件，在满足零部件使用性能的前提下，降低生产成本。所以渗铬在工程上具有较广泛应用。渗铬方法可分为固体粉末渗铬法、盐浴渗铬法、气体渗铬法和离子渗铬法等。

较之其它渗铬法，固体粉末渗铬法设备投资小，工艺简便易行。根据零件性能要求及零件材质的不同，一般是在850～1100℃之间进行的高温渗铬，常用保温时间6～20小时不等，获得20微米至150微米厚度的渗铬层。现行的粉末渗铬中活性铬原子的产生是由渗剂的热分解、相互反应而来，产生活性铬原子的效率较低，其浓度随渗铬温度的提高而提高，但高温长时间渗铬不仅能耗高，还会使零件基体材料组织粗化，降低零件基体材料的机械性能；在一定范围内，增加渗剂中供铬剂和活化剂、催渗剂含量也可增加活性铬原子，提高渗速，但一些活化剂、催渗剂价格较昂贵，有些则会在渗铬过程中产生腐蚀等副作用，增加渗箱损耗。粉末渗铬一般以铬铁粉或铬粉作为供铬剂，渗铬层均匀，但铬铁粉或铬粉用量大，在渗剂中铬铁粉的含量一般高达55％以上，铬粉的含量一般高达50％以上，并且利用率不高。因此现行工艺存在处理温度高、处理时间长、能耗大、成本较高等不足之处。

专利申请文献【200910183189.1】公开了一种直流电场加速固体粉末渗铬的方法。该方法是在粉末渗剂中以被渗铬零件作为负极，以与欲渗铬表面形状相仿的仿形板状电极为正极，通过在正、负极间施加直流电场来强化粉末法渗铬过程。但对于外形复杂的渗铬件，要获得均匀渗层，须制作相应复杂形状的仿形板状电极作为正极，这增加了工艺复杂性与成本；对于大型渗铬件，还需要配套较大功率的直流电源，增加设备成本；另外，由于被处理零件本身是电场负极，该方法不方便在同一渗箱中同时处理多个小零件。因此需要进一步研究发明简便易行、成本低廉的设备与工艺来强化粉末法渗铬，缩短渗铬时间，降低渗铬温度，提高供铬剂的利用率。

发明内容

针对现行粉末法渗铬工艺存在的上述问题，本发明通过在粉末渗铬剂中施加适当强度的交流电场，利用交流电场的物理作用，极大地促进粉末渗剂中供铬剂的分解，强化渗剂组分间的化学反应，高效率提供活性铬原子，增加活性铬原子的浓度与活性，大幅度提高供铬剂的利用率，增加被渗工件表层的扩散通道，可加快渗速，显著降低渗铬温度，减少零件变形，避免或减少零件基体组织的损伤，防止基体机械性能的降低，减少粉末渗铬剂中供铬剂、活化剂的含量。该法与现行粉末法渗铬相比，在700～1050℃范围的不同温度，渗速至少可提高0.5～3倍不等(具体与被渗铬材料的成分、渗剂、渗铬工艺参数等因素有关)，供铬剂的用量可减少40％以上，供铬剂的利用率提高1倍以上。由于被处理零件位于交流电场之中，本身不接电极，因此该方法便于在同一渗箱中同时处理多个小零件。

本发明所述工作方法，其特征为：在由供铬剂、活化剂、催渗剂、填充剂组成的固体粉末渗铬剂中放置两个平行的平板电极，两极通过耐高温导线分别联接在一个电压在0～250伏特范围连续可调的50Hz交流电源上，待处理工件置于两电极之间，工件两侧分别距离电极10～100mm，平板电极、零件与渗铬剂一起密封在渗箱中，将渗箱置于箱式炉中加热，温度范围为700～1050℃，当炉温到设定值后，在两极间加上0～250伏之间的50Hz交流电压。

本发明所述装置，其特征在于由置于固体粉末渗铬剂中的两个平行的平板电极、盛放固体粉末渗铬剂、电极与工件的渗箱、电压在0～250伏特范围连续可调的50Hz交流电源系统构成，交流电源两极分别通过耐高温导线及相应的绝缘、隔热组件连接两个平板电极，欲渗铬零件置于两个平板电极之间。

本发明中所用平板电极厚度范围1～10mm，采用熔点在1250℃以上的金属材料制作。