[发明专利]钢铁表面强化处理方法

说明书

本发明涉及金属的或用金属的表面多步法化学或物理处理的方法。

为提高钢铁表面耐蚀耐磨性能，常用以下处理方法：

采用低温氮碳共渗热处理后加氧化处理。钢铁零件经低温氮碳共渗热处理后，在零件表面形成一个ε-相白色层。白色层表面存在一个易被腐蚀的疏松层，其厚度取决于处理温度及处理时间，温度越高、时间越长，所形成的疏松层越厚。这一含有疏松层的ε-相白色层在标准盐雾试验条件下，经14～17小时开始出现锈点。当低温氮碳共渗后立即进行氧化处理，则零件表面形成一个氧化物层，可提高零件的耐蚀耐磨性能，在标准盐雾试验条件下，经36～40小时开始出现锈点。但由于疏松层结构特点和氧化工艺的局限性，零件表面“峰谷”状的疏松点依然存在，限制了零件耐蚀耐磨性能的进一步提高。

氮碳共渗-氧化-机械抛光/电解抛光-再氧化的复合处理方法，亦称NQPQ法。经这种复合处理的零件，其ε-相表面的疏松层得到充分消除，表面光洁度大为提高，具有良好的耐蚀耐磨性能，在标准盐雾试验条件下，经过70～80小时才出现锈点。这一复合处理方法的主要缺陷是工艺复杂烦锁，且不适用于处理形状复杂的零件。

化学沉积镍基合金工艺。采用化学沉积法在零件表面沉积一层镍基合金，适用于各种形状的零件，表面镀层厚度均匀，耐蚀性优于奥氏体不锈钢;表面硬度高，若通过适当的热处理，显微硬度可达HV1000左右，具有良好的耐磨性。但是，应用这种工艺镀复钢铁零件，其效果并不理想，原因在于镀层极薄，约为5～10μm，其覆盖密封性有限，腐蚀介质会通过镀层“微孔”腐蚀钢铁零件基体，耐蚀性能提高有限。若增加镀层厚度，如达到20μm，可进一步提高耐蚀性，但零件在交变应力作用下，厚的镀层容易剥落，同时提高处理成本。

本发明的任务在于提供一种工艺简单，耐蚀耐磨性能优异的钢铁表面强化处理方法。

本处理方法采用下列工艺的依次组合：

a、低温氮碳共渗热处理或渗氮;

b、零件表面清洗与活化;

c、化学沉积镍基合金。

基本原理：钢铁零件经过常用的低温氮碳共渗热处理后，表面形成一个ε-相白色层，白色层表面存在一个“峰谷”状疏松层;采用常用的化学沉积法，利用表面存在的峰谷状疏松层，沉积一层能与疏松层紧密结合的镍基合金层;为使化学沉积工艺发挥最佳效果，必须对低温氮碳共渗热处理后的钢铁零件进行清洗与活化。

图1为钢铁零件经本强化处理后的表面形貌图，图中1-基体，2-ε-相层，3-结合层，4-化学沉积层。

上述的氮碳共渗或渗氮技术，包括气体法、盐浴法和离子渗氮法，常用温度为500～690℃。

上述的化学沉积镍基合金，包括化学沉积镍磷合金和化学沉积镍硼合金。沉积最好在酸性镀槽中进行，每1000ml水溶液中含NiCl₂或NiSO₄10～50g，最佳值为20～30g，PH值为4.0～5.0。镀层厚度5～15μm，或根据需要而定。

零件的清洗与活化包括以下步骤：

Ⅰ、用浓度为10～30%的HCl水溶液，在温度为50～70℃下清洗0.5～3分钟;

Ⅱ、清水漂洗;

Ⅲ、用浓度为20%左右的HCl水溶液，在温度为80～90℃下，浸渍3秒钟;

Ⅳ、快速清水漂洗;

Ⅴ、置入PH值为4.0～5.0的酸性化学沉积槽。

本发明的钢铁表面强化处理方法，其优点是：

1、同工艺复杂的NQPQ法比较，耐蚀耐磨性能高4倍以上;同单一的低温氮碳共渗或单一的化学沉积镍基合金工艺比较，能产生意想不到的耐蚀耐磨效果。

2、适用范围广，包括形状复杂和容易变形的零件;

3、操作简便，成本低廉，所含步骤工艺成熟，易推广应用。

实施例1：

工件：20^＃钢试片。

600℃尿素气体氮碳共渗2小时;

浸入60℃、10%HCl水溶液1分钟→清水漂洗→浸入80℃、20%HCl水溶液4秒钟→清水漂洗→置入镀槽;

镀液：每1000水溶液中含有NiSO₄27g、次亚磷酸钠20g、醋酸钠10g、柠檬酸三钠10g，温度82℃，PH值4.5，镀复30分钟，镀层厚度5～9μm。

处理后的工件，在标准盐雾条件下，经314小时后出现点蚀，磨擦量1.1。

实施例2：

工件：40Cr钢制造的疏水阀阀座;

590℃下低温氮碳共渗2.5小时;

清洗活化工艺与实施例1相同;