專利名稱：交流電場(chǎng)增強(qiáng)粉末法滲鉻的方法與裝置的制作方法
交流電場(chǎng)增強(qiáng)粉末法滲鉻的方法與裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于金屬零件表面化學(xué)熱處理的方法與裝置，特指一種用于金屬零件表面強(qiáng)化、提高金屬零件表面硬度、耐磨損性能、抗氧化性能與抗腐蝕性能的交流電場(chǎng)增強(qiáng)粉末法滲鉻的方法與裝置。
背景技術(shù)：
將鉻元素滲入金屬工件表層形成滲鉻層的化學(xué)熱處理工藝稱為滲鉻。滲鉻層具有很高的硬度、耐磨損、抗高溫氧化、抗腐蝕等性能。通過(guò)滲鉻處理，可以采用價(jià)格低廉的碳鋼、低合金鋼代替昂貴的高合金不銹鋼、耐熱鋼、模具鋼等來(lái)制作一些耐腐蝕、耐磨損零部件，在滿足零部件使用性能的前提下，降低生產(chǎn)成本。所以滲鉻在工程上具有較廣泛應(yīng)用。 滲鉻方法可分為固體粉末滲鉻法、鹽浴滲鉻法、氣體滲鉻法和離子滲鉻法等。
較之其它滲鉻法，固體粉末滲鉻法設(shè)備投資小，工藝簡(jiǎn)便易行。根據(jù)零件性能要求及零件材質(zhì)的不同，一般是在850 1100°C之間進(jìn)行的高溫滲鉻，常用保溫時(shí)間6 20小時(shí)不等，獲得20微米至150微米厚度的滲鉻層?，F(xiàn)行的粉末滲鉻中活性鉻原子的產(chǎn)生是由滲劑的熱分解、相互反應(yīng)而來(lái)，產(chǎn)生活性鉻原子的效率較低，其濃度隨滲鉻溫度的提高而提高，但高溫長(zhǎng)時(shí)間滲鉻不僅能耗高，還會(huì)使零件基體材料組織粗化，降低零件基體材料的機(jī)械性能；在一定范圍內(nèi)，增加滲劑中供鉻劑和活化劑、催滲劑含量也可增加活性鉻原子，提高滲速，但一些活化劑、催滲劑價(jià)格較昂貴，有些則會(huì)在滲鉻過(guò)程中產(chǎn)生腐蝕等副作用，增加滲箱損耗。粉末滲鉻一般以鉻鐵粉或鉻粉作為供鉻劑，滲鉻層均勻，但鉻鐵粉或鉻粉用量大，在滲劑中鉻鐵粉的含量一般高達(dá)55%以上，鉻粉的含量一般高達(dá)50%以上，并且利用率不高。因此現(xiàn)行工藝存在處理溫度高、處理時(shí)間長(zhǎng)、能耗大、成本較高等不足之處。
專利申請(qǐng)文獻(xiàn)200910183189. 1公開(kāi)了一種直流電場(chǎng)加速固體粉末滲鉻的方法。 該方法是在粉末滲劑中以被滲鉻零件作為負(fù)極，以與欲滲鉻表面形狀相仿的仿形板狀電極為正極，通過(guò)在正、負(fù)極間施加直流電場(chǎng)來(lái)強(qiáng)化粉末法滲鉻過(guò)程。但對(duì)于外形復(fù)雜的滲鉻件，要獲得均勻滲層，須制作相應(yīng)復(fù)雜形狀的仿形板狀電極作為正極，這增加了工藝復(fù)雜性與成本；對(duì)于大型滲鉻件，還需要配套較大功率的直流電源，增加設(shè)備成本；另外，由于被處理零件本身是電場(chǎng)負(fù)極，該方法不方便在同一滲箱中同時(shí)處理多個(gè)小零件。因此需要進(jìn)一步研究發(fā)明簡(jiǎn)便易行、成本低廉的設(shè)備與工藝來(lái)強(qiáng)化粉末法滲鉻，縮短滲鉻時(shí)間，降低滲鉻溫度，提高供鉻劑的利用率。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)行粉末法滲鉻工藝存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)在粉末滲鉻劑中施加適當(dāng)強(qiáng)度的交流電場(chǎng)，利用交流電場(chǎng)的物理作用，極大地促進(jìn)粉末滲劑中供鉻劑的分解，強(qiáng)化滲劑組分間的化學(xué)反應(yīng)，高效率提供活性鉻原子，增加活性鉻原子的濃度與活性，大幅度提高供鉻劑的利用率，增加被滲工件表層的擴(kuò)散通道，可加快滲速，顯著降低滲鉻溫度，減少零件變形，避免或減少零件基體組織的損傷，防止基體機(jī)械性能的降低，減少粉末滲鉻劑中供鉻齊U、活化劑的含量。該法與現(xiàn)行粉末法滲鉻相比，在700 1050°C范圍的不同溫度，滲速至少可提高0. 5 3倍不等(具體與被滲鉻材料的成分、滲劑、滲鉻工藝參數(shù)等因素有關(guān))， 供鉻劑的用量可減少40%以上，供鉻劑的利用率提高1倍以上。由于被處理零件位于交流電場(chǎng)之中，本身不接電極，因此該方法便于在同一滲箱中同時(shí)處理多個(gè)小零件。
本發(fā)明所述工作方法，其特征為在由供鉻劑、活化劑、催滲劑、填充劑組成的固體粉末滲鉻劑中放置兩個(gè)平行的平板電極，兩極通過(guò)耐高溫導(dǎo)線分別聯(lián)接在一個(gè)電壓在0 250伏特范圍連續(xù)可調(diào)的50Hz交流電源上，待處理工件置于兩電極之間，工件兩側(cè)分別距離電極10 100mm，平板電極、零件與滲鉻劑一起密封在滲箱中，將滲箱置于箱式爐中加熱，溫度范圍為700 1050°C，當(dāng)爐溫到設(shè)定值后，在兩極間加上0 250伏之間的50Hz交流電壓。
本發(fā)明所述裝置，其特征在于由置于固體粉末滲鉻劑中的兩個(gè)平行的平板電極、 盛放固體粉末滲鉻劑、電極與工件的滲箱、電壓在0 250伏特范圍連續(xù)可調(diào)的50Hz交流電源系統(tǒng)構(gòu)成，交流電源兩極分別通過(guò)耐高溫導(dǎo)線及相應(yīng)的絕緣、隔熱組件連接兩個(gè)平板電極，欲滲鉻零件置于兩個(gè)平板電極之間。
本發(fā)明中所用平板電極厚度范圍1 10mm，采用熔點(diǎn)在1250°C以上的金屬材料制作。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于克服了常規(guī)粉末法滲鉻單純依賴滲劑受熱分解、相互間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生活性鉻原子或活性含鉻基團(tuán)而造成的一系列不足，利用交流電場(chǎng)對(duì)滲劑與被滲工件的物理作用，促進(jìn)滲劑的分解與滲劑間的化學(xué)反應(yīng)，提高反應(yīng)速率與效率，大幅度增加活性鉻原子的濃度與活性，增加被滲工件表層的擴(kuò)散通道，從而提高供鉻劑的利用率， 加快滲入鉻在工件內(nèi)的擴(kuò)散速度，降低滲鉻溫度，獲得厚度均勻的滲鉻層。所以具有如下有益效果
1)采用與現(xiàn)行常規(guī)粉末法滲鉻相同的滲劑、溫度和保溫時(shí)間時(shí)，供鉻劑的利用率提高一倍以上，滲速至少可提高0. 5 3倍不等；欲達(dá)到現(xiàn)行常規(guī)滲鉻層厚度，供鉻劑的用量可以減少30%以上，或保溫時(shí)間縮短30%以上，或處理溫度降低100°C以上，從而節(jié)約能源，提高效率，降低生產(chǎn)成本；
2)相對(duì)于現(xiàn)有其他滲鉻技術(shù)，本發(fā)明裝置簡(jiǎn)潔、工藝操作方便。


附圖1為交流電場(chǎng)增強(qiáng)粉末法滲鉻裝置示意圖。
1)滲箱蓋，2)耐火泥密封，3)滲箱，4)導(dǎo)電引線，5)粉末滲鉻劑，6)板狀電極，7) 欲滲鉻零件，8)板狀電極，9)電壓連續(xù)可調(diào)交流電源系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明裝置的示意圖如附圖1所示。下面為本發(fā)明的具體實(shí)施例
實(shí)施例1
被滲材料T12碳素工具鋼；滲鉻劑構(gòu)成供鉻劑(鉻鐵，30% )、活化劑(氯化氨， 4%)、疏松劑(木炭，2%)、填充劑(碳化硅，余量)。
在上述物質(zhì)組成的固體粉末滲鉻劑(5)中平行放置兩個(gè)板狀電極(6)、(8)，被滲試樣(7)和兩側(cè)電極(6)、(8)間距離15mm，兩電極(6)、(8)分別聯(lián)接在一個(gè)電壓在0 250伏范圍連續(xù)可調(diào)的50Hz交流電源系統(tǒng)(9)上，電極(6)、(8)和被滲試樣(7)與粉末滲鉻劑( 一起由耐火泥密封料( 密封在帶滲箱蓋(1)的滲箱(3)中，將滲箱置于箱式爐中加熱，滲鉻溫度800°C，當(dāng)爐溫到設(shè)定值后，在兩極間加上6A的50Hz交流電壓，保溫時(shí)間 4小時(shí)。
試驗(yàn)結(jié)果T12碳素工具鋼獲得21 μ m的滲鉻層，而采用同樣配方滲劑，采用現(xiàn)有的常規(guī)粉末滲鉻工藝方法，同樣經(jīng)800°C X 4小時(shí)滲鉻，滲鉻層厚度只有約11 μ m。
實(shí)施例2
被滲材料T12碳素工具鋼；滲鉻劑構(gòu)成供鉻劑(鉻鐵，30% )、活化劑(氯化氨， 4%)、疏松劑(木炭，2%)、填充劑(碳化硅，余量)。
滲鉻方法及裝置同實(shí)施例1，滲鉻溫度700°C，滲鉻時(shí)間4小時(shí)，被滲試樣和兩側(cè)板狀電極間距離15mm，在板狀電極間施加4A的50Hz交流電場(chǎng)。試驗(yàn)結(jié)果T12碳素工具鋼獲得12μπι的滲鉻層；而以同樣配方滲劑，采用現(xiàn)有的常規(guī)粉末滲鉻工藝方法，同樣經(jīng) 7000C X4小時(shí)滲鉻，基本無(wú)滲鉻層形成。
實(shí)施例3
被滲材料Τ8碳素工具鋼；滲鉻劑構(gòu)成供鉻劑(鉻鐵，25% )、活化劑(氯化氨， 2% ；氟硼酸鉀，2%)、疏松劑(木炭，2%)、填充劑(碳化硅，余量)。
滲鉻方法及裝置同實(shí)施例1，滲鉻溫度800°C，滲鉻時(shí)間4小時(shí)，被滲試樣和兩側(cè)板狀電極間距離15mm，在板狀電極間施加8A的50Hz交流電場(chǎng)。試驗(yàn)結(jié)果T8碳素工具鋼獲得^ym的滲鉻層；而以同樣配方滲劑，采用現(xiàn)有的常規(guī)粉末滲鉻工藝方法，同樣經(jīng) 8000C Χ4小時(shí)滲鉻，滲鉻層厚度只有約12 μ m。
權(quán)利要求
1.交流電場(chǎng)增強(qiáng)粉末法滲鉻的方法與裝置，其特征是在由供鉻劑、活化劑、催滲劑和填充劑組成的固體粉末滲鉻劑中放置兩個(gè)平行的板狀電極，兩極分別由耐高溫導(dǎo)線聯(lián)接在一個(gè)電壓在0 250伏特范圍連續(xù)可調(diào)的50Hz交流電源上，欲處理零件放置在兩電極之間， 零件兩側(cè)分別距離電極10 100mm，板狀電極和零件與滲鉻劑一起密封在滲箱中，將滲箱置于熱處理爐中加熱，溫度范圍為700 1050°C，當(dāng)爐溫到設(shè)定值后，在兩極間加上0 250伏之間的交流電壓。
2.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的的交流電場(chǎng)增強(qiáng)粉末法滲鉻的裝置，其特征在于由置于粉末滲鉻劑中的兩個(gè)平行板狀電極(6) (8)、放置欲滲鉻零件(7)、電極(6) (8)、滲鉻劑(5)的滲箱C3)及其箱蓋(1)與密封(2)、電壓在0 250伏特范圍連續(xù)可調(diào)的50Hz交流電源系統(tǒng) (9)構(gòu)成，交流電源兩極分別由耐高溫導(dǎo)線⑷聯(lián)接兩個(gè)電極(6) (S)0
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流電場(chǎng)增強(qiáng)粉末法滲鉻的裝置，其特征在于所述板狀電極材料厚度范圍為1 10mm，采用熔點(diǎn)在1250°C以上的金屬材料制作。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流電場(chǎng)增強(qiáng)粉末法滲鉻的裝置，其特征在于板狀電極與欲滲鉻零件之間的距離為10 100mm。
全文摘要
本發(fā)明為一種用于提高金屬零部件抗腐蝕、抗氧化及抗磨損能力的交流電場(chǎng)增強(qiáng)粉末法滲鉻的方法與裝置，其采取在粉末滲鉻劑中放置兩個(gè)平行的板狀電極，兩電極分別由耐高溫導(dǎo)線聯(lián)接在一個(gè)電壓在0～250伏范圍連續(xù)可調(diào)的50Hz交流電源上，被處理零件位于兩電極之間，電極和零件與滲鉻劑一起密封在滲箱中，置于熱處理爐中加熱，當(dāng)爐溫到設(shè)定值后，在兩極間施加適當(dāng)強(qiáng)度交流電場(chǎng)，即可實(shí)現(xiàn)零件的快速滲鉻。該法與現(xiàn)行方法相比，在700～1050℃范圍的不同溫度，滲速至少可提高0.5～3倍。該方法與裝置可提高金屬零件的粉末法滲鉻的滲速、提高滲鉻劑的利用率、降低滲鉻溫度、節(jié)約能源、減少零件變形。
文檔編號(hào)C23C10/38GK102492919SQ20111039058
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者周燕飛, 孫力, 謝飛 申請(qǐng)人:常州大學(xué)