專利名稱：一種鋼鐵工件低溫氣體滲氮方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼鐵工件表面低溫氣體滲氮方法。
背景技術(shù)：
滲氮是一種以氮原子滲入鐵或鋼工件表面，形成一層以氮化物為主的滲層的化學(xué)熱處理方法。滲氮有三個(gè)基本過程活性氮原子的產(chǎn)生、表面的吸收和氮原子的擴(kuò)散。眾所周知，滲氮不僅可以提高鋼鐵工件表面的硬度、耐磨性以及耐疲勞性，而且還可以提高鋼鐵工件在腐蝕介質(zhì)中工作的耐蝕性，由上述種種優(yōu)點(diǎn)，滲氮技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中。氣體滲氮作為最原始的滲氮技術(shù)因其設(shè)備投資少、調(diào)整維修比較簡單、工藝簡單容易操作、熱穩(wěn)定性高、而在工業(yè)生產(chǎn)中被廣應(yīng)用，逐步發(fā)展了一段滲氮法、二段滲氮法、三段滲氮法、可控滲氮等多種氣體滲氮技術(shù)方式。但是隨著各種機(jī)械的高性能化，對(duì)于構(gòu)成這些機(jī)械的鋼鐵零部件的品質(zhì)要求也越來越高，傳統(tǒng)的滲氮方法暴露出了它的不足氮化溫度比較高，處理工件變形，滲氮時(shí)間長，能源浪費(fèi)，成本高以及應(yīng)用的工件鋼種受到一定限制等缺點(diǎn)。
現(xiàn)有技術(shù)公開了一種純鐵的低溫滲氮技術(shù)(31 January 2003 VOL 299 SCIENCE)，該技術(shù)是通過純鐵表面噴丸處理，工件表面產(chǎn)生塑性變形使純鐵表面晶粒納米化，實(shí)現(xiàn)純鐵低溫(300℃)氣體滲氮。但是這種表面噴丸處理方式通常會(huì)使工件表面產(chǎn)生了塑性變形，對(duì)于薄片件和精密件處理后會(huì)影響工件技術(shù)要求精度，所以該低溫滲氮僅限于平面或者形狀較為簡單的工件表面處理，應(yīng)用前景比較窄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種鋼鐵工件低溫氣體滲氮的方法，其不僅能實(shí)現(xiàn)鋼鐵工件的低溫快速氣體滲氮，而且復(fù)雜形狀以及精密鋼鐵零件氮化處理后能較好地滿足精度技術(shù)要求。
為解決上述技術(shù)問題，其技術(shù)解決方案是一種鋼鐵工件低溫氣體滲氮方法，其包括工件前期預(yù)處理和后期低溫氣體滲氮處理，上述前期預(yù)處理包括，在電鍍裝置的電鍍液中，將工件作為兩個(gè)電極中的某一個(gè)電極，加載交流電源，對(duì)工件表面進(jìn)行交流電處理。
上述交流電處理中，交流電源可選用20~100Hz交流電源，電流密度為5A/dm2~20A/dm2，通電時(shí)間為10~60分鐘。
上述電鍍液可選用工業(yè)鍍鐵用的氯化物鍍液或硫酸鹽鍍液。
上述氯化物鍍液可為氯化亞鐵和氯化鈣混合鍍液，其中氯化亞鐵為300~450g/L，氯化鈣為150~190g/L，鍍液的PH值為0.2~1.8。
上述氯化亞鐵鍍液，可直接采用鐵屑與鹽酸反應(yīng)制得氯化亞鐵溶液，再以8A/dm2~10A/dm2的陰極電流密度電解后得到。
上述電鍍裝置中的另一個(gè)電極可選用惰性電極、純鐵電極或者與工件同種材質(zhì)電極。
上述另一個(gè)電極的表面優(yōu)選為工件法向等距面。
上述前期處理還包括，對(duì)置入電鍍液前的工件進(jìn)行常規(guī)表面拋光，及丙酮、酒精清洗處理；以及對(duì)脫離電鍍液后的工件進(jìn)行常規(guī)丙酮、酒精清洗，及干燥處理。
本發(fā)明鋼鐵工件低溫氣體滲氮方法中，對(duì)工件表面交流電處理，采用普通電鍍裝置即可完成，電鍍液也可選用工業(yè)鍍鐵用的氯化物鍍液、硫酸鹽鍍液等。這種前期預(yù)處理技術(shù)方式，由于交流電的作用，鋼鐵工件表面晶粒細(xì)化，表面金屬粒子激活能增加，保證實(shí)現(xiàn)后期鋼鐵工件的低溫氣體滲氮。又由于交流電處理方式特別適宜對(duì)復(fù)雜形狀及精密鋼鐵零件等工件表面進(jìn)行預(yù)處理，而不存在使零件變形問題，能夠滿足零件技術(shù)精度要求。另外，通過該前期處理，鋼鐵工件表面晶界的增多，促進(jìn)了滲氮的速度，縮短滲氮周期。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1，在前期預(yù)處理過程中，所配置電鍍液可為氯化亞鐵和氯化鈣的混合鍍液，其中氯化亞鐵300g/L，氯化鈣150g/L，PH值為0.2；為了降低成本，可自行配置上述氯化亞鐵鍍液，直接采用鐵屑與鹽酸反應(yīng)制得氯化亞鐵溶液，再以8A/dm2~10A/dm2的陰極電流密度電解后即可作為鍍液使用。將鍍液倒入電解槽中，把經(jīng)過常規(guī)表面拋光，丙酮、酒精清洗過的鋼鐵工件作為一個(gè)電極固定，另一個(gè)電極選用與工件同種材質(zhì)的電極。加載(接通)20Hz的交流電源，電流密度為5A/dm2，通電時(shí)間為60分鐘。
從電鍍液中取出鋼鐵工件，進(jìn)行常規(guī)丙酮、酒精清洗，干燥后進(jìn)行后期低溫氣體滲氮處理。將工件放入普通氣體滲氮爐中，滲氮?dú)怏w為純氨，溫度為300℃，通過調(diào)節(jié)氨氣流量以及爐內(nèi)壓力控制氮?jiǎng)?，氨分解率測(cè)量儀測(cè)量監(jiān)測(cè)氮?jiǎng)?，氮化時(shí)間9小時(shí)。
為了進(jìn)一步提高工件表面預(yù)處理均勻度，可將另一個(gè)電極制成與被處理鋼鐵工件形狀相耦合的形狀。
實(shí)施例2，在前期處理過程中，所配置電鍍液為氯化亞鐵和氯化鈣的混合鍍液，其中氯化亞鐵400g/L，氯化鈣160g/L，PH值0.9。將電鍍液倒入電解槽中，把經(jīng)過常規(guī)表面拋光，丙酮、酒精清洗過的鋼鐵工件作為一個(gè)電極固定，另一個(gè)電極選用惰性電極。接通40Hz交流電源，電流密度為10A/dm2，通電時(shí)間為30分鐘。
從電鍍液中取出鋼鐵工件，進(jìn)行常規(guī)丙酮、酒精清洗，干燥后進(jìn)行后期低溫氣體滲氮處理。將工件放入普通氣體滲氮爐中，滲氮?dú)怏w為純氨，溫度為300℃，通過調(diào)節(jié)氨氣流量以及爐內(nèi)壓力控制氮?jiǎng)?，氨分解率測(cè)量儀測(cè)量監(jiān)測(cè)氮?jiǎng)?，氮化時(shí)間為15小時(shí)。
為了進(jìn)一步提高工件表面預(yù)處理均勻度，可以將另一個(gè)惰性電極制成與被處理鋼鐵工件形狀相耦合的形狀。
實(shí)施例3，在前期處理過程中，所配置電鍍液為氯化亞鐵和氯化鈣的混合鍍液，其中氯化亞鐵450g/L，氯化鈣190g/L，PH值1.8。將電鍍液倒入電解槽中，把經(jīng)過常規(guī)表面拋光，丙酮、酒精清洗過的鋼鐵工件作為一個(gè)電極固定，另一個(gè)電極應(yīng)用惰性電極或者與工件同種材質(zhì)的電極。接通100Hz交流電源，電流密度20A/dm2，通電時(shí)間為10分鐘。
從溶液中取出鋼鐵工件，進(jìn)行常規(guī)丙酮、酒精清洗，干燥后進(jìn)行后期低溫氣體滲氮處理。將工件放入普通氣體滲氮爐中，滲氮?dú)怏w為純氨，溫度為300℃，通過調(diào)節(jié)氨氣流量以及爐內(nèi)壓力控制氮?jiǎng)?，氨分解率測(cè)量儀測(cè)量監(jiān)測(cè)氮?jiǎng)?，氮化時(shí)間為30小時(shí)。
為了進(jìn)一步提高工件表面預(yù)處理均勻度，可以將另一個(gè)電極的表面制成工件法向等距面。
權(quán)利要求
1.一種鋼鐵工件低溫氣體滲氮方法，其包括工件前期預(yù)處理和后期低溫氣體滲氮處理，特征在于所述前期預(yù)處理包括，在電鍍裝置的電鍍液中，將工件作為兩個(gè)電極中的某一個(gè)電極，加載交流電源，對(duì)工件表面進(jìn)行交流電處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼鐵工件低溫氣體滲氮方法，其特征在于所述交流電處理中，交流電源選用20~100Hz交流電源，電流密度為5A/dm2~20A/dm2，通電時(shí)間為10~60分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋼鐵工件低溫氣體滲氮方法，其特征在于所述電鍍液選用工業(yè)鍍鐵用的氯化物鍍液或硫酸鹽鍍液。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋼鐵工件低溫氣體滲氮方法，其特征在于所述氯化物鍍液為氯化亞鐵和氯化鈣混合鍍液，其中氯化亞鐵為300~450g/L，氯化鈣為150~190g/L，鍍液的PH值為0.2~1.8。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋼鐵工件低溫氣體滲氮方法，其特征在于所述氯化亞鐵鍍液，是直接采用鐵屑與鹽酸反應(yīng)制得氯化亞鐵溶液，再以8A/dm2~10A/dm2的陰極電流密度電解后得到。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋼鐵工件低溫氣體滲氮方法，其特征在于所述電鍍裝置中的另一個(gè)電極選用惰性電極、純鐵電極或者與工件同種材質(zhì)電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋼鐵工件低溫氣體滲氮方法，其特征在于所述另一個(gè)電極的表面為工件法向等距面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋼鐵工件低溫氣體滲氮方法，其特征在于所述前期處理還包括，對(duì)置入電鍍液前的工件進(jìn)行常規(guī)表面拋光，及丙酮、酒精清洗處理；以及對(duì)脫離電鍍液后的工件進(jìn)行常規(guī)丙酮、酒精清洗，及干燥處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋼鐵工件低溫氣體滲氮方法，包括工件前期預(yù)處理和后期低溫氣體滲氮處理，前期預(yù)處理包括，在電鍍裝置的電鍍液中，將工件作為其中的一個(gè)電極，加載交流電源，對(duì)工件表面進(jìn)行交流電處理。這種前期預(yù)處理方式，由于交流電的作用，鋼鐵工件表面晶粒細(xì)化，表面金屬粒子激活能增加，利于實(shí)現(xiàn)后期低溫氣體滲氮。又由于交流電處理方式特別適宜對(duì)復(fù)雜形狀及精密鋼鐵零件等工件表面進(jìn)行預(yù)處理，而不存在使零件變形問題，能夠滿足零件技術(shù)精度要求。
文檔編號(hào)C23C8/24GK1706982SQ20051004344
公開日2005年12月14日 申請(qǐng)日期2005年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月3日
發(fā)明者王積森, 張國松, 孫金全, 鮑英 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)