[发明专利]金属表面碳氮共渗处理的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属表面碳氮(即氮碳)共渗的方法，具体涉及一种在熔盐体系中采用电化学方法对金属表面进行碳氮共渗处理的方法。

背景技术

碳氮共渗是一种应用较多的金属表面化学热处理方法，其工艺过程为向金属的表层同时渗入碳和氮，以提高金属表面的强度或硬度。目前，主要有液体碳氮共渗和气体碳氮共渗两种方法。液体碳氮共渗方法因用到的介质是剧毒氰盐，污染环境，逐渐被气体碳氮共渗所代替。然而，气体碳氮共渗在处理过程中由于气压调节不当、温度不均或炉内气流不合理等经常造成硬度和渗层不均匀的现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种处理时间短、温度低、渗层成分及厚度可控的金属表面碳氮共渗处理的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种金属表面碳氮共渗处理的方法，包括以下步骤：

(1)将Fe-Cr丝焊接到金属表面作为电极引线，用丙酮、乙醇进行清洗后，干燥待用；

(2)配制LiCl-KCl-KNO₂混盐，在惰性气体保护下，将LiCl-KCl-KNO₂混盐于150℃～300℃下进行干燥；

(3)将干燥后的LiCl-KCl-KNO₂混盐置于高温井式炉中，在惰性气体保护下，先加热升温至450℃～650℃并一直保持该温度，使混盐熔融，形成LiCl-KCl-KNO₂熔盐，然后将步骤(1)准备的带有电极引线的金属作为阴极，碳棒作为阳极，置于LiCl-KCl-KNO₂熔盐中，对金属表面进行电化学碳氮化处理，在金属表面形成碳氮渗层。

上述的方法中，优选的，所述步骤(3)中，所述电化学碳氮化处理采用恒电位方法；所述恒电位方法的工艺条件为：电位为-0.8V～-2.0V，参比电极为Ag/AgCl。

上述的方法中，优选的，所述步骤(3)中，所述电化学碳氮化处理的时间为1h～3h。

上述的方法中，优选的，所述碳氮渗层的厚度为5μm～20μm。

上述的方法中，优选的，所述LiCl-KCl-KNO₂混盐中，按摩尔分数计，LiCl为29％～59.5％，KCl为40％～70％，KNO₂为0.5～1％。

上述的方法中，优选的，所述步骤(2)中，所述干燥的时间为24h～72h。

上述的方法中，优选的，所述金属为不锈钢。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明首次采用电化学方法对金属表面进行碳氮共渗处理。在处理过程中，采用碳棒作为阳极，不锈钢基体作为阴极，在含有亚硝酸根的熔盐体系中，在一定电位下完成金属表面的碳氮共渗。在这一过程中，电化学工艺特点决定了渗层是均匀的。

2、本发明的方法是在一定电位下，阳极碳棒被氧化溶解生成含碳元素的阴离子，在阴极电位下与NO₂^-一起在金属基体表面还原生成碳与氮原子，并在电位驱动下，扩散进入到基体表层。在这一过程中，电位大小将影响渗层中碳与氮元素的比例，随着电位的降低，碳元素含量逐渐减少，氮元素含量逐渐增加，进而影响金属的性能。因此，本发明的方法对于整个金属表面的碳氮化处理过程是可控的，相比于其它领域采用电化学法还原生成的碳一般只在基体表面沉积，难以进入到基体，本发明的电化学方法中由于亚硝酸盐的加入，促进了C的扩散，形成C-N共渗层。

附图说明

图1为本发明实施例1中不锈钢表面碳氮渗层的截面SEM形貌图。

图2为本发明实施例1中不锈钢表面碳氮渗层的元素分析图。

图3为本发明实施例2中不锈钢表面碳氮渗层的截面SEM形貌图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1：

一种本发明的金属表面碳氮共渗处理的方法，包括以下步骤：

(1)采用氩弧焊将直径1mm的Fe-Cr丝焊接到打磨后的304不锈钢表面作为电极引线，先后用丙酮、乙醇进行清洗后，干燥待用。