專利名稱：稀土、碳、氮三元共滲劑及其配制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種催化劑，更具體的說，是涉及稀土，碳，氮三元共滲化學(xué)滲劑，是用化學(xué)熱處理的方法在鋼件表面進(jìn)行稀土、碳、氮三元共滲采用的催化活化劑。
背景技術(shù)：
碳氮共滲工藝目前已廣泛應(yīng)用于動力機(jī)械，化工機(jī)械以及汽車、拖拉機(jī)齒輪，軸與軸承等耐磨、耐疲勞零部件的生產(chǎn)。但由子目前所采用常見的碳，氮共滲，使得該工藝仍然存在著生產(chǎn)周期長，能源消耗大，工藝效果不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。
稀土應(yīng)用干金屬材料工業(yè)，已經(jīng)引起國內(nèi)外的密切關(guān)注。稀土加入鋼中，可以改善鋼的多方面性能。例如對子結(jié)構(gòu)鋼，可以顯著提高鋼的韌塑性對齒，e鋼、軸承鋼，彈簧鋼。可以顯著提高鋼的耐磨性能和疲勞強(qiáng)度。此外，對鋼的高溫性能，抗氧化性能，抗腐蝕性能的改善和提高，均有良好的效果。上述諸方面在生產(chǎn)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但是，在目前的情況下，稀土的應(yīng)用，基本上是通過冶金過程實(shí)現(xiàn)的。即把稀土元素作為合金元素或變質(zhì)元素，在熔煉或鑄造時加入金屬之中。采用化學(xué)熱處理的方法，通過固一氣界面對金屬表面滲稀土元素，就目前所掌握的資料來看，尚無報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要采用化學(xué)處理的方法通過固氣界面對金屬表面擴(kuò)滲稀土元素。同時利用稀土元素所特有的化學(xué)活性，加速碳，氮共滲過程中擴(kuò)滲的動力學(xué)過程，從而起到對碳氮共滲過程的活化催化作用。
一種用于在鋼鐵表面進(jìn)行稀土，碳，氮三元共滲的滲劑，其特征在干該三元共滲劑含有甲醇1000毫升，普通工業(yè)用混合氯化稀土8-20克，化學(xué)純甲酰胺500毫升、氮化銨10-25克及飽和量尿素。
從理論上分析，根據(jù)金屬學(xué)中固溶關(guān)系的尺寸，按鋼球模型，稀土的原子半徑比鐵大25∶6，N，C等典型非金屬元素的多組元，且能相互作用的復(fù)雜體系中，由于原子之間的極化作用，勢必導(dǎo)致原子體積的改變。以稀土元素la為例，按其原子的金屬共價半徑(配位數(shù)12)值為1.877，當(dāng)極化為100％的離子態(tài)時，其半徑值為1.061，而當(dāng)離子性程度為60％時，共半徑則可堿小至1.27T，此值與F9的原子共價半徑1.210相近。由此可見，按金屬學(xué)中剛球模型的尺寸因素來討論和決定溶劑與溶劑原子的固溶關(guān)系，是不確切的和不全面的，而應(yīng)從已經(jīng)變化了的尺寸因素，來考慮原子間的擴(kuò)滲行為和固溶規(guī)律。
從熱力學(xué)的角度來看，由干稀土具有突出的化學(xué)活性，它與許多非金屬元素自由增量均為較大的負(fù)值，化學(xué)親和力較強(qiáng)。據(jù)此如能將稀土擴(kuò)滲子金屬表面，則可以作為微合金化的一種活性組元，期望得到與冶金過程相仿的良好作用。稀土擴(kuò)滲于金屬表面可以設(shè)想它形成了許多活性中心，而使氣相中的C，N元素易子進(jìn)行吸附并破壞C、N原子在各自化合物中的化學(xué)鍵(如C-H，N-H)從而起到了對C、N共滲過程的催化，活性、和稀土本身的微合金化。
本發(fā)明的要點(diǎn)在于配制了一種化學(xué)滲劑，該化學(xué)滲劑是由普通工業(yè)用混合氮化稀土、甲醇，尿素和化學(xué)純甲酰胺，氯化銨等成份組成，以甲醇作為要溶劑，普通工業(yè)用混合氮化稀土如冶金部標(biāo)準(zhǔn)YDl513-77的Recl4-1。
具體實(shí)施例方式
該化學(xué)滲刺的配制方法為(1)在1000毫升的甲醇中加入8-20克的混合氯化稀土。卿在500毫升的甲酰胺中加入10-25克的氯化銨，再加屎素至溶液飽和(3)將上述與(1)與(2)混溶。
采用本發(fā)明所配制的化學(xué)滲刺對08鋼，GCrl5，20CrHrn0，1Xf剛s、18CrMnTi等鋼進(jìn)行稀土，碳，氮三元共滲，在其工藝條件與常規(guī)的碳氮共滲工藝相近，在實(shí)驗(yàn)室條件下取得了較系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以及提高金屬表面性能的良好結(jié)果。通過掃描電鏡能躇儀測試表明重、稀土不僅富集子晶界，在晶內(nèi)也有所發(fā)現(xiàn)。從目前稀土在冶金過程的研究中，鋼中晶內(nèi)存在稀土的試驗(yàn)，尚未見報道。這項(xiàng)研究結(jié)果，對千稀土在鋼中存在的形式以及固溶機(jī)理的研層試驗(yàn)分析結(jié)果表明。稀土可使表層C、N含量有所增加，經(jīng)離子探針測試，也證實(shí)了相同條件下稀土可以提高表層C，N含量，而且N的增加更為顯著(上海材料研究所試驗(yàn)報告編號3-306 81年11月13日)。3、稀土對08鋼，12CrNi3.18CrMnTi碳氮共滲動力學(xué)過程的催化活化有顯著的作用。4，對金相組織性能的影響。從試驗(yàn)結(jié)果看，對18CrlnTi滲入2h后，即可獲得優(yōu)良的金相組織，細(xì)小顆粒，分充均勻；對干12CrN{3明顯改善了碳化物的形貌，如不加稀土的表面，表層碳化物沿奧氏體晶界析出，呈不規(guī)則的大塊狀，加稀土后則呈彌散分布。對18CrMnTi經(jīng)長期共滲，加入稀土的碳化物向內(nèi)延伸較深。在性能的測試中，硬度是金相組織的綜合反映。試驗(yàn)結(jié)果表明，加入稀土后，對碳化物，殘余奧氏體、馬氏體中含C量，均有所影響，從而導(dǎo)致表層硬度的梯度分布的改變，其耐磨性能有一定提高。稀土，化學(xué)滲劑配制方法簡單，所采用的配料來源豐富，成本低廉，穩(wěn)定性高。采用稀土化學(xué)滲劑與原有工藝相比，對于汽車拖拉機(jī)齒鴕工藝時間縮短25％，接觸疲勞性能提高12∶6以上，從而大大節(jié)省了能源，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求
1.一種用于在鋼鐵表面進(jìn)行稀土，碳，氮三元共滲的滲劑，其特征在干該三元共滲劑含有甲醇1000毫升，普通工業(yè)用混合氯化稀土8-20克，化學(xué)純甲酰胺500毫升、氮化銨10-25克及飽和量尿素。
2.一種稀土，碳，氮三元共滲劑的配制方法，其特征在于，包括下述步驟(1)將普通工業(yè)用混合氯化稀土溶子甲醇，(2)將氯化銨溶子甲酰胺，加尿素使溶液飽合，(3)將(1)與(2)混溶。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于在鋼鐵表面進(jìn)行稀土，碳，氮三元共滲的滲劑及方法。本發(fā)明為下述技術(shù)方案，該三元共滲劑含有甲醇1000毫升，普通工業(yè)用混合氯化稀土8－20克，化學(xué)純甲酰胺500毫升、氮化銨10－25克及飽和量尿素?；瘜W(xué)滲劑配制方法簡單，所采用的配料來源豐富，成本低廉，穩(wěn)定性高。
文檔編號C23C12/00GK1614074SQ200310106899
公開日2005年5月11日 申請日期2003年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月3日
發(fā)明者靳重濱 申請人:靳重濱