[发明专利]用于氮化钢质机械元件的熔融盐浴及实施方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢质机械元件的氮化。

背景技术

这里所说的“机械元件”是指在使用中旨在确保机械功能的元件，这通常是指这些元件具有大硬度、良好的耐腐蚀性和耐磨性；因而可非穷尽性地提及：

●雨刮器轴，

●液压或气压千斤顶的杆，

●燃机阀，

●铰链环。

制造这些元件(至少在其可能承受摩擦或腐蚀的表面附近)的钢的范围是大的，从非合金钢到所谓不锈钢的合金，尤其是铬或镍合金。

为了使这些元件表面硬化，已知的是应用氮化处理(有时伴有渗碳，在这种情况下往往称之为氮碳共渗(nitrocarburation))。事实上，氮化的概念同时包括了在氰化物含量非常低(通常低于0.5％)的浴中的单独的氮化，以及对于氰化物含量超过这个阀值的氮碳共渗。在下文中的术语“氮化”包括了这两种类型的处理。

这种氮化可从气相或等离子相开始或者从液相开始进行。

液相氮化的优点是可以在几乎不到几个小时的时间内对几微米的厚度进行显著硬化，但其显著的缺点是在大约600℃(甚至更高)的温度下使用熔融盐浴，该熔融盐浴在实践中包含氰化物并且还有氰酸盐和碳酸盐(阳离子在实践中是碱金属如锂、钠、钾等的阳离子)。在实践中，氰酸盐分解而尤其形成氰化物、碳酸盐和氮，所述氮因而可用于分散到待氮化的元件中。由于氰酸盐的消耗和碳酸盐的富集，因此需要通过引入能够使其氰化物和氰酸盐含量恢复到确保效力的范围内的补充物而使所述浴再生。在下文中，浴含量以重量百分数表示。

而已知的是，氰化物的使用无论对于操作者还是对于环境来说都是危险的，因此数十年来一直在寻求把在熔融盐浴中的钢质机械元件氮化方法中所用的氰化物用量降至最低。

因而，从1974-1975年开始，已提出寻求将氮化浴中的氰化物含量降到最低，这尤其通过在再生时避免有毒产物来进行(FR-2220593和FR-2283243或US-4019928或GB-1507904)；事实上，这些文献无特别评论地提及碱金属氯化物的含量可最高达30％(不过没有提供实例，对于氮化来说，在还包含64％的氰酸钾、16％的碳酸钾、11％的氰酸钠和4％的氰酸钠的浴中包含多于5％重量的NaCl)。当时认为具有低含量氰化物的浴应当基本上由氰酸钾或氰酸钠、碳酸钾和碳酸钠构成，其中钾多于钠(这可以降低盐浴的温度)；其目标是将氰化物的含量降低至不超过5％甚至3％；氰化物含量的降低应当由氰酸盐补偿；对于氯化物的作用，除了在渗碳浴中氯化钡是熔融熔剂之外并没有任何特别的解释。

之前(参见1962年公开的文献GB-891578)已经提及氮化-渗碳浴可包含碱金属氯化物，这可节省成本要高很多的氰化物和氰酸盐或者降低熔融温度；此文献中涉及包含30％-60％氰化物的盐浴并且教导了相对于异氰酸盐使正氰酸盐的含量最大化(在所描述的实例中没有氯化物)。

还提及(参见1960年公开的文献GB-854349)渗碳浴(在800℃-950℃的温度下使用)包含按重量计35％-82％的碱金属碳酸盐、15％-35％的碱金属氰化物、3％-15％的碱金属无水硅酸盐和最多15％的碱金属氯化物；其指出，优选存在碱金属氯化物，优选最多达10％，不过没有给出任何解释(不过看起来氯化物的存在有助于可用形式的氰化物的制备)。此外已提及(参见1966年公开的文献GB-1052668)具有在合适选择的范围内的组成的坩埚中的碳氮共渗浴在600℃-750℃下包含10-30％的碱金属氰酸盐和至少10％的碱金属氰化物；已提及关于起始浴(此外只含氰化物(25％)和碳酸盐)以及在再生化合物(还含有75％的氰化物)中包含25％的碱金属氯化物。还提出(GB-1185640)通过在包含氰化物、氰酸盐、碳酸盐和碱金属氯化物(没有具体指出这些氯化物的含量范围)的浴中的淬火短步骤来补充渗碳步骤。

对于不锈钢氮化，已提出(1980年公开的US-4184899)气相氮化处理，其之前需要在含有4％-30％的氰化物和10％-30％的氰酸盐并且组合有0.1％-0.5％的硫的浴中进行热化学预处理步骤。已提及预处理浴的剩余物可由碳酸盐或氯化钠形成，而这些元素在该处理中不是活性的(关于具有12％的氰化物和0.3％的硫的浴，其提及在开始时具有25％的碳酸钠和42.7％的氯化钠)。