[发明专利]低成本液体氮碳共渗工艺

说明书

低成本液体氮碳共渗工艺属金属热处理技术。本发明是用化学热处理方法在钢铁工件表面进行液体氮碳共渗或硫氮碳等多元共渗的无污染工艺。

国内外现有的无污染液体氮碳或硫氮碳共渗工艺，甚至还包括氮碳共渗加氧化复合工艺，大多采用碱金属酸盐作渗剂。如德国德固萨公司的QPQ工艺，天津纺织工学院的FON工艺，武汉材料保护研究所的LT新工艺，成都工具研究所的盐浴复合处理新工艺等，其盐浴中的酸根含量一般控制在36%-38%（用于低合金钢和碳素钢）和30%-33%（用于高合金工具钢和模具钢）。由于含酸盐的工艺盐价格昂贵，生产成本高，难于推广应用。另外，含酸盐的工艺盐（亦称基盐）在制备过程中，将会产生少量的剧毒化物。如德固萨公司的TF1基盐约含根1.8-3.0%;国内各单位生产供应的基盐，尽管根含量较少，一般亦在0.1%左右。由于基盐中含有少量剧毒化物，在使用、运输和保管时需要采取相应的安全措施。

国内少数单位用尿素作氮碳共渗盐浴的活化再生剂。由于尿素熔点仅为132.7℃，极易挥发，在使用时排放大量氨气，影响操作工人健康。

本发明要点是采用钾、钠的氯化物和碳酸盐（包括正盐和酸式盐）以及含〔C6N9H3〕n的活化再生剂作工艺原料，配料时不使用含酸盐的工艺盐。当上述三种工艺原料混合装入坩埚后，在加热熔化并保温在500-650℃之间的某一特定工作温度时，靠工艺原料间的化学反应可获得所需数量的酸盐，以保证盐浴活性。由于上述工艺原料均不含化物，贮运、使用均很安全。

本发明使用的含〔C6N9H3〕n的活化再生剂，实际上是一种混合物，还含有〔C6N10H6〕n、〔C6N11H9〕n等成分，其混合物中各成分的比例取决于生产制备条件。

本发明工艺，可通过向盐浴吹气（吹氧）或添加适量的氢氧化物的方法，提高盐浴的渗速。

本发明工艺，在上述盐浴制备的基础上，还可通过添加硫化物或含硼化合物（硼酸、硼酸盐等）的方法，使之形成硫氮碳或氮碳硼等多元共渗盐浴。

本发明工艺还可和氧化工艺相结合形成盐浴氮碳共渗氧化复合工艺。

本发明工艺属无污染工艺。钢铁工件经本工艺处理后变形极小，并可获得较高的耐磨性、减摩性、抗擦伤性、耐蚀性和疲劳性能。

本发明工艺适用于各种钢铁材料。如A3、08、20、20Cr、35、45、40Cr、T8、T10、50CrMnMo、2Cr13、38CrMOAL、Cr12MoV、3Cr2W8、1Cr18Ni9Ti、W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V等各种钢件以及灰口铁、球墨铸铁、合金铸铁、粉末冶金件等。

实例1.将30公斤氯化钾、45公斤无水碳酸钠和25公斤活化再生剂混合均匀，装入钛坩埚，待升温熔化后，将温度保持在570±5℃的工作温度范围，取盐样化验酸根含量，并添加适量再生剂调整酸根含量在36-38%范围。该盐浴成分适于处理碳素钢和低合金钢工件。

实例2.将40公斤氯化钾、40公斤无水碳酸钠和20公斤活化再生剂混合均匀，装入钛坩埚，待升温熔化后，将温度保持在520-530℃的工作温度范围，取盐样化验酸根含量，并添加适量再生剂调整酸根含量在32-33%范围。该盐浴成分适合于处理高速钢刀具或高合金钢模具。

实例3.在实例1或实例2的盐浴中，通过添加硫化钾或其它含硫物质，使盐浴中硫离子含量达15ppm，则上述盐浴均变为硫氮碳共渗盐浴。