專利名稱：鋼的空氣/碳氫有機氣體離子氮、碳、氧共滲工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼表面強化工藝。適用于碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼和工模具鋼的表面強化。
背景技術(shù)：
中國發(fā)明專利申請?zhí)枮?00410021642.6，其發(fā)明名稱為《黑色金屬的空氣離子氧氮共滲工藝專利》，該工藝流程為(1)將調(diào)質(zhì)后的工件清洗、干燥，置于陰極盤上，關(guān)閉爐體，用機械泵將離子滲氮爐內(nèi)抽成真空至50～120Pa；(2)向陰陽極輸入10～1000V的可調(diào)直流高壓至爐內(nèi)打散弧，打散弧稀少后再調(diào)直流電壓直至不打或少打散??；(3)向滲氮爐內(nèi)通入氨氣或氮-氫混合氣；(4)以50～100℃/小時的速度將工件加熱到500～580℃；(5)保溫0.5～60小時后，關(guān)閉氣源和電源，用機械泵排除離子滲氮爐內(nèi)的氨氣或氮-氫混合氣，以50～100℃/小時的速度隨爐冷至50～150℃后停爐，待工件在爐內(nèi)冷卻至室溫后開爐取出工件。但是此專利申請是利用的空氣和氨氣作為滲氮氣源，存在氨氣對環(huán)境的污染。
在該工藝流程中，滲氮氣體通過橡皮管接入干燥筒的下部的氣嘴，經(jīng)氣嘴進入筒中的干燥劑層后，由上部的氣嘴用橡皮管連接到氣體流量計的下端氣嘴，打開流量計針形閥，滲氮氣體通過針形閥和玻璃管后由上端氣嘴用橡皮管接入離子滲氮爐。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鋼的空氣/碳氫有機氣體氮、碳、氧共滲工藝，利用該工藝對鋼進行離子多元共滲，解決氨氣對環(huán)境的污染和降低成本的問題。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明按以下順序步驟進行(1)將調(diào)質(zhì)后的工件清洗、干燥，置于陰極盤上；(2)關(guān)閉爐體，用機械泵將離子滲氮爐內(nèi)抽成真空至50～120Pa；(3)接通電源開關(guān)，由電源向陰陽極輸入10～1000V的可調(diào)直流高壓至爐內(nèi)打散弧，打散弧稀少后再調(diào)直流電壓直至不打或少打散弧；(4)向滲氮爐內(nèi)同時通入流量分別為0.1～0.6m3/h和0.00006～0.06m3/h空氣和碳氫有機氣體，以50～100℃/小時的速度由輝光放電將工件加熱到500～580℃；(5)保溫0.5～60小時后，關(guān)閉氣源和電源，用機械泵排除離子滲氮爐內(nèi)的氣體，以50～100℃/小時的速度隨爐冷至50～150℃后停爐，待工件在爐內(nèi)冷卻至室溫后開爐取出工件。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下技術(shù)效果與普通離子滲氮相比，空氣/汽油離子多元共滲工藝主要應用空氣和少量汽油，不用氨氣、氮氣和氫氣，無污染，降低了生產(chǎn)成本10％。


圖1為空氣作滲氮氣源的空氣/汽油離子多元共滲工藝供氣系統(tǒng)示意圖；圖2為40Cr鋼用流量分別為0.5m3/h和0.00048m3/h的空氣和乙炔經(jīng)本發(fā)明工藝處理后的顯微硬度曲線圖；圖3為40Cr鋼用流量分別為0.2m3/h和0.00012m3/h的空氣和乙炔經(jīng)本發(fā)明工藝處理后的顯微硬度曲線圖；圖4為45鋼用流量分別為0.25m3/h和0.00012m3/h的空氣和乙炔經(jīng)本發(fā)明工藝處理后經(jīng)的顯微硬度曲線圖；圖5為40Cr鋼用流量分別為0.3m3/h和0.00012m3/h的空氣和液化石油氣經(jīng)本發(fā)明工藝處理后的顯微硬度曲線圖；圖6為45鋼用流量分別為0.4m3/h和0.00048m3/h的空氣和液化石油氣經(jīng)本發(fā)明工藝處理后的顯微硬度曲線圖；圖7為45鋼用流量分別為0.3m3/h和0.00048m3/h的空氣和液化石油氣經(jīng)本發(fā)明工藝處理后的顯微硬度曲線圖；
在圖1中，1為貯油罐，2、3和4為流量計，5為干燥瓶，6為離子滲氮爐體，7為工件，8為陰極盤。在圖2～7中，橫坐標表示離表面的距離，縱坐標表示硬度值(HV0.2)
具體實施例方式實施例140Cr鋼的空氣/乙炔離子多元共滲工藝(1)將調(diào)質(zhì)后的工件清洗、干燥，置于陰極盤上；(2)關(guān)閉爐體，用機械泵將離子滲氮爐內(nèi)抽成真空至110Pa；(3)接通電源開關(guān)，由電源向陰陽極輸入10～1000V的可調(diào)直流高壓至爐內(nèi)打散弧，打散弧稀少后再調(diào)直流電壓直至不打或少打散??；(4)向滲氮爐內(nèi)同時通入流量分別為0.2m3/h和0.00012m3/h的空氣和乙炔，以100℃/小時的速度由輝光放電將工件加熱到500℃；(5)保溫5小時后關(guān)閉氣源和電源，用機械泵排除離子滲氮爐內(nèi)的氣體，用100℃/h的速度隨爐冷卻到100℃后停爐，待工件冷卻到室溫后開爐取出工件。
實施例240Cr鋼的空氣/乙炔離子氮、碳、氧共滲工藝(1)(2)(3)步與實施例1的(1)(2)(3)步相同；(4)向滲氮爐內(nèi)同時通入流量分別為0.5m3/h和0.00048m3/h的空氣和乙炔，以100℃/小時的速度由輝光放電將工件加熱到520℃；實施例345鋼的空氣/乙炔離子氮、碳、氧共滲工藝(1)(2)(3)步與實施例1的(1)(2)(3)步相同；(4)向滲氮爐內(nèi)同時通入流量分別為0.5m3/h和0.00048m3/h的空氣和乙炔，以100℃/小時的速度由輝光放電將工件加熱到520℃；實施例445鋼的空氣/乙炔離子氮、碳、氧共滲工藝(1)(2)(3)步與實施例1的(1)(2)(3)步相同；(4)向滲氮爐內(nèi)同時通入流量分別為0.25m3/h和0.00012m3/h的空氣和乙炔，以100℃/小時的速度由輝光放電將工件加熱到520℃；實施例540Cr鋼的空氣/液化石油氣離子氮、碳、氧共滲工藝(1)(2)(3)步與實施例1的(1)(2)(3)步相同；(4)向滲氮爐內(nèi)同時通入流量分別為0.25m3/h和0.00012m3/h的空氣和液化石油氣，以100℃/小時的速度由輝光放電將工件加熱到520℃；實施例640Cr的空氣/液化石油氣離子氮、碳、氧共滲工藝(1)(2)(3)步與實施例1的(1)(2)(3)步相同；(4)向滲氮爐內(nèi)同時通入流量分別為0.4m3/h和0.00048m3/h的空氣和液化石油氣，以100℃/小時的速度由輝光放電將工件加熱到560℃；實施例745鋼的空氣/液化石油氣離子氮、碳、氧共滲工藝(1)(2)(3)步與實施例1的(1)(2)(3)步相同；(4)向滲氮爐內(nèi)同時通入流量分別為0.2m3/h和0.00012m3/h的空氣和液化石油氣，以100℃/小時的速度由輝光放電將工件加熱到520℃；實施例845鋼的空氣/液化石油氣離子氮、碳、氧共滲工藝(1)(2)(3)步與實施例1的(1)(2)(3)步相同；(4)向滲氮爐內(nèi)同時通入流量分別為0.3m3/h和0.00048m3/h的空氣和液化石油氣，以100℃/小時的速度由輝光放電將工件加熱到520℃；在實施例2～8中，第5步與實施例1的第5步相同。
權(quán)利要求
1 一種鋼的空氣/碳氫有機氣體離子氮、碳、氧共滲工藝，其特征在于該工藝按以下步驟進行(1)將調(diào)質(zhì)后的工件清洗、干燥，置于陰極盤上；(2)關(guān)閉爐體，用機械泵將離子滲氮爐內(nèi)抽成真空至50～120Pa；(3)接通電源開關(guān)，由電源向陰極輸入10～1000V的可調(diào)直流高壓至爐內(nèi)打散弧，打散弧稀少后，再調(diào)直流電壓直至不打或少打散?。?4)向滲氮爐內(nèi)同時通入流量分別為0.1～0.6m3/h和0.00006～0.06m3/h空氣和碳氫有機氣體，以50～100℃/小時的速度由輝光放電將工件加熱到500～580℃；(5)保溫0.5～60小時后，關(guān)閉氣源和電源，用機械泵排除離子滲氮爐內(nèi)的氣體，以50～100℃/小時的速度隨爐冷至50～150℃后停爐，待工件在爐內(nèi)冷卻至室溫后開爐取出工件。
2 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的鋼的空氣/碳氫有機氣體離子氮、碳、氧共滲工藝，其特征在于40Cr鋼工件的空氣/乙炔離子多元共滲工藝按以下步驟進行(1)將調(diào)質(zhì)后的工件清洗、干燥，置于陰極盤上；(2)關(guān)閉爐體，用機械泵將離子滲氮爐內(nèi)抽成真空至110Pa；(3)接通電源開關(guān)，由電源向陰極輸入10～1000V的可調(diào)直流高壓至爐內(nèi)打散弧，打散弧稀少后，再調(diào)直流電壓直至不打或少打散?。?4)向滲氮爐內(nèi)同時通入流量分別為0.2m3/h和0.00012m3/h的空氣和乙炔，以100℃/小時的速度由輝光放電將工件加熱到500℃；(5)保溫5小時后，關(guān)閉氣源和電源，用機械泵排除離子滲氮爐內(nèi)的氣體，以100℃/小時的速度隨爐冷至100℃后停爐，待工件在爐內(nèi)冷卻至室溫后開爐取出工件。
3 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的鋼空氣/碳氫有機氣體離子氮、碳、氧共滲工藝，其特征在于40Cr鋼的空氣/乙炔離子多元共滲工藝按以下步驟進行(1)將調(diào)質(zhì)后的工件清洗、干燥，置于陰極盤上；(2)關(guān)閉爐體，用機械泵將離子滲氮爐內(nèi)抽成真空至110Pa；(3)接通電源開關(guān)，由電源向陰極輸入10～1000V的可調(diào)直流高壓至爐內(nèi)打散弧，打散弧稀少后，再調(diào)直流電壓直至不打或少打散弧；(4)向滲氮爐內(nèi)同時通入流量分別為0.5m3/h和0.00048m3/h的空氣和乙炔，以100℃/小時的速度由輝光放電將工件加熱到520℃；(5)保溫5小時后，關(guān)閉氣源和電源，用機械泵排除離子滲氮爐內(nèi)的氣體，以100℃/小時的速度隨爐冷至100℃后停爐，待工件在爐內(nèi)冷卻至室溫后開爐取出工件。
4 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的鋼空氣/碳氫有機氣體離子氮、碳、氧共滲工藝，其特征在于45鋼工件的空氣/乙炔離子多元共滲工藝按以下步驟進行(1)將調(diào)質(zhì)后的工件清洗、干燥，置于陰極盤上；(2)關(guān)閉爐體，用機械泵將離子滲氮爐內(nèi)抽成真空至110Pa；(3)接通電源開關(guān)，由電源向陰極輸入10～1000V的可調(diào)直流高壓至爐內(nèi)打散弧，打散弧稀少后，再調(diào)直流電壓直至不打或少打散??；(4)向滲氮爐內(nèi)同時通入流量分別為0.5m3/h和0.00048m3/h的空氣和乙炔，以100℃/小時的速度由輝光放電將工件加熱到520℃；(5)保溫5小時后，關(guān)閉氣源和電源，用機械泵排除離子滲氮爐內(nèi)的氣體，以100℃/小時的速度隨爐冷至100℃后停爐，待工件在爐內(nèi)冷卻至室溫后開爐取出工件。
5 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的鋼空氣/碳氫有機氣體離子氮、碳、氧共滲工藝，其特征在于45鋼的空氣/乙炔離子多元共滲工藝按以下步驟進行(1)將調(diào)質(zhì)后的工件清洗、干燥，置于陰極盤上；(2)關(guān)閉爐體，用機械泵將離子滲氮爐內(nèi)抽成真空至110Pa；(3)接通電源開關(guān)，由電源向陰極輸入10～1000V的可調(diào)直流高壓至爐內(nèi)打散弧，打散弧稀少后，再調(diào)直流電壓直至不打或少打散弧；(4)向滲氮爐內(nèi)同時通入流量分別為0.25m3/h和0.00012m3/h的空氣和乙炔，以100℃/小時的速度由輝光放電將工件加熱到520℃；(5)保溫5小時后，關(guān)閉氣源和電源，用機械泵排除離子滲氮爐內(nèi)的氣體，以100℃/小時的速度隨爐冷至100℃后停爐，待工件在爐內(nèi)冷卻至室溫后開爐取出工件。
6 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的鋼空氣/碳氫有機氣體離子氮、碳、氧共滲工藝，其特征在于40Cr鋼的空氣/液化石油氣離子多元共滲工藝按以下步驟進行(1)將調(diào)質(zhì)后的工件清洗、干燥，置于陰極盤上；(2)關(guān)閉爐體，用機械泵將離子滲氮爐內(nèi)抽成真空至110Pa；(3)接通電源開關(guān)，由電源向陰極輸入10～1000V的可調(diào)直流高壓至爐內(nèi)打散弧，打散弧稀少后，再調(diào)直流電壓直至不打或少打散??；(4)向滲氮爐內(nèi)同時通入流量分別為0.25m3/h和0.00012m3/h的空氣和液化石油氣，以100℃/小時的速度由輝光放電將工件加熱到520℃；(5)保溫5小時后，關(guān)閉氣源和電源，用機械泵排除離子滲氮爐內(nèi)的氣體，以100℃/小時的速度隨爐冷至100℃后停爐，待工件在爐內(nèi)冷卻至室溫后開爐取出工件。
7 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的鋼空氣/碳氫有機氣體離子氮、碳、氧共滲工藝，其特征在于40Cr鋼的空氣/液化石油氣離子氧、碳、氮共滲工藝按以下步驟進行(1)將調(diào)質(zhì)后的工件清洗、干燥，置于陰極盤上；(2)關(guān)閉爐體，用機械泵將離子滲氮爐內(nèi)抽成真空至110Pa；(3)接通電源開關(guān)，由電源向陰極輸入10～1000V的可調(diào)直流高壓至爐內(nèi)打散弧，打散弧稀少后，再調(diào)直流電壓直至不打或少打散??；(4)向滲氮爐內(nèi)同時通入流量分別為0.4m3/h和0.00048m3/h的空氣和液化石油氣，以100℃/小時的速度由輝光放電將工件加熱到560℃；(5)保溫5小時后，關(guān)閉氣源和電源，用機械泵排除離子滲氮爐內(nèi)的氣體，以100℃/小時的速度隨爐冷至100℃后停爐，待工件在爐內(nèi)冷卻至室溫后開爐取出工件。
8 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的鋼空氣/碳氫有機氣體離子氮、碳、氧共滲工藝，其特征在于45鋼的空氣/液化石油氣離子多元共滲工藝按以下步驟進行(1)將調(diào)質(zhì)后的工件清洗、干燥，置于陰極盤上；(2)關(guān)閉爐體，用機械泵將離子滲氮爐內(nèi)抽成真空至110Pa；(3)接通電源開關(guān)，由電源向陰極輸入10～1000V的可調(diào)直流高壓至爐內(nèi)打散弧，打散弧稀少后，再調(diào)直流電壓直至不打或少打散弧；(4)向滲氮爐內(nèi)同時通入流量分別為0.2m3/h和0.00012m3/h的空氣和液化石油氣，以100℃/小時的速度由輝光放電將工件加熱到520℃；(5)保溫5小時后，關(guān)閉氣源和電源，用機械泵排除離子滲氮爐內(nèi)的氣體，以100℃/小時的速度隨爐冷至100℃后停爐，待工件在爐內(nèi)冷卻至室溫后開爐取出工件。
9 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的鋼空氣/碳氫有機氣體離子氮、碳、氧共滲工藝，其特征在于45鋼的空氣/液化石油氣離子多元共滲工藝按以下步驟進行(1)將調(diào)質(zhì)后的工件清洗、干燥，置于陰極盤上；(2)關(guān)閉爐體，用機械泵將離子滲氮爐內(nèi)抽成真空至110Pa；(3)接通電源開關(guān)，由電源向陰極輸入10～1000V的可調(diào)直流高壓至爐內(nèi)打散弧，打散弧稀少后，再調(diào)直流電壓直至不打或少打散弧；(4)向滲氮爐內(nèi)同時通入流量分別為0.3m3/h和0.00048m3/h的空氣和液化石油氣，以100℃/小時的速度由輝光放電將工件加熱到520℃；(5)保溫5小時后，關(guān)閉氣源和電源，用機械泵排除離子滲氮爐內(nèi)的氣體，以100℃/小時的速度隨爐冷至100℃后停爐，待工件在爐內(nèi)冷卻至室溫后開爐取出工件。
全文摘要
一種鋼的空氣/碳氫有機氣體離子氮、碳、氧共滲工藝涉及鋼表面強化工藝，主要利用以空氣為主的氣體為氣源進行離子多元共滲，能降低成本、減少污染，提高滲氮工件的耐磨性和耐蝕性。本發(fā)明包括將調(diào)質(zhì)后的工件清洗、干燥、入爐，將離子多元共滲爐內(nèi)抽成真空，輸入直流電壓，按比例輸入空氣和有機氣體同時加熱，保溫，爐冷，出爐。本發(fā)明適用于碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼和工模具鋼的表面強化。
文檔編號C23C8/06GK1718838SQ200510057119
公開日2006年1月11日 申請日期2005年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月14日
發(fā)明者周上祺, 王鐵, 周安若, 劉守平, 張維 申請人:重慶大學