專(zhuān)利名稱(chēng):表面處理的方法及其設(shè)備的制作方法
本發(fā)明涉及一種通過(guò)用一個(gè)流化床爐子處理一種材料使之表面上生成一層鈦、釩、鈮、鉭、鉻、錳、鎢、鉬等的碳化物、氮化物或碳氮化物或這樣的一種元素與一種基體元素的固溶液的方法及使用于該方法的設(shè)備。
通過(guò)用一個(gè)硫化床處理一種材料，使之表面上生成一層碳化物或氮化物的方法是公知的，例如，在先于本申請(qǐng)案申請(qǐng)的日本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)栒?7-213749(專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)昭59-107990)和申請(qǐng)?zhí)栒?9-108054(專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)昭60-251274)的日本專(zhuān)利中所公開(kāi)的方法。
所說(shuō)的方法包括1.把一種由一種高熔點(diǎn)材料(如氧化鋁)(以后指一種流態(tài)化劑)、一種金屬或它的含一種生成碳化物或氮化物的元素的合金(以后是指表面層形成劑)的粉末和一種在或在低于處理溫度下能升華或能蒸發(fā)的鹵化銨或金屬鹵化物(以后指一種活化劑)的混合物組成的處理劑用流化氣如氬氣進(jìn)行流態(tài)化;
2.把一種處理材料放入流化層中并在該被處理材料表面上生成一種碳化物、氮化物或碳氮化物。當(dāng)表面層形成劑反應(yīng)時(shí)，碳化物形成元素的鹵化物氣體放出，并且該活化劑氣體與被處理材料中的碳反應(yīng)時(shí)生成碳化物;而當(dāng)以同樣方法生成的氮化物生成元素的鹵化物的氣體與鋼中的氮或?qū)肓骰瘜拥牡磻?yīng)時(shí)，生成氮化物。
在這個(gè)方法中使用的活化劑應(yīng)當(dāng)是在或在低于處理溫度下能升華或能蒸發(fā)的，以防止該處理劑的凝固，從而保持流化狀態(tài)。因此，在處理劑長(zhǎng)期使用期間，活化劑部分逃逸使表面層形成性能降低。所以，生成的碳化物或氮化物層的厚度可能隨著處理時(shí)間的流逝而減小。作為一種克服這樣一個(gè)問(wèn)題的對(duì)策，本申請(qǐng)人已經(jīng)申請(qǐng)了日本專(zhuān)利，申請(qǐng)?zhí)枮檎?0-220925。尤其，在這個(gè)早先的申請(qǐng)中，把一種層形成劑和一種活化劑的一種混合物粉末裝入一個(gè)由多孔材料制成的容器，使之與一種被處理材料在一個(gè)由一種流化劑構(gòu)成的流化層中一起處理并用于該處理過(guò)程中。當(dāng)由層形成劑和活化劑構(gòu)成的混合物粉末的層生成性能下降時(shí)，把該容器從爐子中取出，換上新的層形成劑和活化劑混合物粉末，再重新放入流化層中去。但是，在這種方法中，當(dāng)層形成性能下降時(shí)，每次得調(diào)換層生成劑和活化劑的混合物粉末，這樣就需要一個(gè)復(fù)雜的程序，如混合兩種粉末、從容器中移去用廢的粉末等等，并可能經(jīng)常中斷該涂布操作。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種通過(guò)應(yīng)用一個(gè)流化層使在一個(gè)被處理的物質(zhì)表面上生成一層表面層(如碳化物層或其它的表面層)的方法，其中處理劑的層形成性能被保持或當(dāng)這種性能下降時(shí)能恢復(fù)，因而，能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效的處理及用于該處理過(guò)程的一種設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明，上述目的的實(shí)現(xiàn)可通過(guò)用一種表面處理方法，包括在一個(gè)流化床爐子中處理一種由高熔點(diǎn)材料(如氧化鋁)粉末和一種用以生成一種碳化物、氮化物、碳氮化物或固體溶液的金屬粉末或一種它們的合金的粉末組成的處理劑;把一種流化氣(如氬氣)導(dǎo)入流化床爐以流化處理劑并形成一個(gè)流化層;在該流化層中處理被處理的材料以及向流化層中導(dǎo)入一個(gè)定量的鹵化物;這樣就能在加熱時(shí)在被處理的金屬表面上生成一層該金屬的碳化物、氮化物、碳氮化物或固體溶液層。
本發(fā)明的表面處理方法可以通過(guò)一種也是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，該設(shè)備包括一個(gè)用來(lái)在由一種高熔點(diǎn)材料粉末和一種用來(lái)生成一種碳化物、氮化物、碳氮化物的金屬粉末或一種它們的合金粉末組成的一種處理劑的流化層中形成所說(shuō)的表面層的爐體;一個(gè)用來(lái)加熱流化層的加熱爐;一根與爐體外部相連的鹵化物供給管和一根鹵化氣體噴射管(安裝于爐體內(nèi)，即在流化層內(nèi)，低于被處理的材料并高于或低于氣體擴(kuò)散板)。這個(gè)鹵化物氣體噴射管與鹵化物供應(yīng)管相連并在它的外表面上有多個(gè)開(kāi)口進(jìn)入流化層以噴射出一種鹵化物氣體。從下面的描述中，并如果結(jié)合附圖，并在其中給出了較好實(shí)施例，本發(fā)明上述的其它的目的、特征及優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得更清楚。
圖1至圖5用于說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例。
圖1是一個(gè)處理設(shè)備的示意圖;
圖2是用于該設(shè)備的活化后氣體的噴射管的平面圖;
圖3是沿圖2中Ⅲ-Ⅲ線(xiàn)的橫截面圖;
圖4是說(shuō)明另一個(gè)活化劑氣體噴射管的實(shí)施例的平面圖;
圖5是沿圖4中Ⅴ-Ⅴ線(xiàn)的橫截面圖。
加入到流化層中用以保持層形成性能的活化劑可以是一種或多種鹵化銨、金屬鹵化物和堿金屬或堿土金屬鹵化物，它們?cè)诨蛟诘陀谔幚頊囟认率悄苌A的或能蒸發(fā)的。該活化劑的熔點(diǎn)可以高于或低于處理溫度。該活化劑通常被連續(xù)地以固體狀態(tài)，如粉末態(tài)加入。另外，該活化劑也可以從一開(kāi)始加入到流化劑中。鹵化銨可以包括如NH4Cl、NH4Br、NH4F、NH4I和NH4BF4。金屬鹵化物可以包括如TiF4、VCl3、VF3和FeCl3。堿金屬和堿土金屬鹵化物可以包括如NaCl、KCl、KBF4和NaBF4。被加入的活化劑的量可以隨意地選擇，可以從以流化劑和層形成劑的總重量為基準(zhǔn)的0.05～20%(重量)，以得到一個(gè)足夠厚度的表面層，而且這樣一個(gè)量的活化劑可以約一分鐘到4小時(shí)的間隙周期地加入，也可以非周期地加入。如果活化劑的加入量少于0.05%，那么它就得被頻繁地加入，因而從工業(yè)觀(guān)點(diǎn)出發(fā)就需要一個(gè)自動(dòng)加入裝置。另一方面，如果活化劑的加入量超過(guò)20%，放出的氣體量增加會(huì)引起麻煩，如阻塞管子。為了減少?gòu)U氣量以便只需提供較小和較簡(jiǎn)單的廢氣處理裝置，把每次的加入量減小并以0.1%到0.2%的量連續(xù)不斷地加入的方法是理想的。因?yàn)榛罨瘎┰谔幚頊囟认律A、蒸發(fā)或被熔化，對(duì)活化劑的形狀沒(méi)有特別的限制。通常，根據(jù)處理的方便性，它以粒狀、柱狀或塊狀形式被應(yīng)用。
通過(guò)一個(gè)附加的裝置來(lái)加入活化劑，例如，如圖1所示。如圖2和圖3所示，該裝置包括一根活化劑供應(yīng)管6和幾根噴射活化劑氣體的管7。該裝置安裝于流化層4中被處理的材料3下面。多根氣體噴射管7相互之間安排為一個(gè)預(yù)先確定的角度以使氣體流動(dòng)均勻。如果，“在一個(gè)與流化氣流動(dòng)方向垂直的平面上的鹵化物氣體噴射管與鹵化物供給管的總橫截面積”與流化層的垂直橫截面積的比太大的話(huà)，均勻的流化狀態(tài)就不再保持。實(shí)際上，這個(gè)比不大于1/3是實(shí)際上較好的。在這個(gè)范圍內(nèi)，管7的直徑可以增大或管7的數(shù)量可以增加。管6和管7的橫截面形狀可以是圓形的、橢圓形的或方形的。最好要選擇管7的長(zhǎng)度使之對(duì)于流化層的中心位置來(lái)說(shuō)盡可能的點(diǎn)一點(diǎn)對(duì)稱(chēng)。對(duì)活化劑噴射管7的較低的表面形成大量的小孔。該小孔的數(shù)量、直徑和分布的決定應(yīng)使保持氣體的流動(dòng)均勻。例如，處于靠近活化劑供給管的位置處的小孔的直徑和數(shù)量可以比處于離供給管遠(yuǎn)的位置上的小孔的直徑和數(shù)量小一些和少一些以使在流化層橫截面上的活化劑氣體濃度均勻，這樣是理想的?；罨瘎┕┙o管的一端延伸出爐子外，并與一個(gè)活化劑供料漏斗8相連。貯存于漏斗8中的活化劑的粒10或其它被桿9推動(dòng)并落入活化劑供給管6。當(dāng)活化劑到達(dá)被加熱到高于其升華或蒸發(fā)溫度的位置時(shí)便升華或蒸發(fā)。該管子是緊密地閉合的以防止活化劑氣體逸出外面或外部大氣侵入爐子內(nèi)。當(dāng)供應(yīng)的活化劑到達(dá)供給管的高溫區(qū)時(shí)，由于活化劑的升華或蒸發(fā)產(chǎn)生的活化劑氣體因其膨脹能力而通過(guò)配置于活化劑氣體噴射管7的下表面上的小孔71噴出活化劑氣體。在這種情況下，也可以向管6供應(yīng)一種惰性氣體或其它類(lèi)似氣體以有利于活化劑氣體噴出。而且，活化劑氣體噴射管可以是如圖4所示的環(huán)形。這種情況下，活化劑氣體噴射管7可以安裝在低于氣體擴(kuò)散板12的下面，而與管7相連的活化劑供應(yīng)管6可以裝在爐體1的外面。此外，可以通過(guò)用一個(gè)位于爐子外的附在活化劑供應(yīng)管的某一位置處的加熱器使被推向內(nèi)部的活化劑顆?；蚱渌问交罨瘎┰诩尤氲綘t子前氣化。
用作流化劑的高熔點(diǎn)材料粉末應(yīng)當(dāng)是惰性的且不與被處理材料中的組分金屬反應(yīng)，用于通常的熱處理中的這些材料的任一種，如三氧化二鋁、二氧化硅、二氧化鈦、二氧化鋯等等可以被應(yīng)用。高熔點(diǎn)材料可以單獨(dú)被用，也可以以它們的二種或三種的混合物形式使用。
構(gòu)成層形成劑用作碳化物或氮化物形成元素的金屬涉及那些能易于與碳和/或氮鍵合形成碳化物、氮化物或碳氮化物的金屬，典型地可以包括Ⅳa族元素的鈦、Ⅴa族元素的釩、鈮和鉭、Ⅵa族之素的鉻和Ⅶa族元素錳。還有，用于形成一種固體溶液的金屬可以涉及那些易于與基體元素形成一種固體溶液的金屬，典型的為鈦和鉻。此外，含有這樣一些金屬的合金也可以被用作層形成劑，它們包括如Fe-V、Fe-Nb、Fe-Cr等鐵合金。為了生成復(fù)合物或兩層或更多層的碳化物或氮化物，可以以混合物形式使用二種或更多種形成碳化物、氮化物、碳氮化物或固體溶液或合金的元素金屬。
無(wú)論是高熔點(diǎn)材料粉末還是用來(lái)形成碳化物或其它的元素的金屬粉末的顆粒大小希望選擇在60目到350目的范圍內(nèi)。如果顆粒大小比60目粗，為了流化處理劑需要大量的流化氣。如果它比60目粗，流化氣的流速會(huì)變得太高。結(jié)果是放出鹵化物氣體在流化層中的停留時(shí)間太短，從而要求大量的活化劑以使鹵化物氣體存在于流化層中。另外，如果流速太高，鹵化物氣體沒(méi)有足夠的時(shí)間與被處理的材料反應(yīng)并在當(dāng)它不能進(jìn)行層的形成時(shí)被排出。相反，顆粒大小比350目細(xì)也是不理想的，因?yàn)檫@樣的粉末會(huì)被浮起造成處理的困難。
根據(jù)條件，處理劑的粉末可能堵塞流化氣的入口而妨礙正常流化。然而，可以把粗顆粒(粒子大小為5×20目)的氧化鋁或其它高熔點(diǎn)材料置于氣體入口和處理劑粉末之間。層形成劑量最好在處理劑總量的1～50%(重量)。如果這個(gè)量超過(guò)50%(重量)，則流化劑有可能會(huì)變緊密而使流化態(tài)不能保持。說(shuō)到被處理的材料，在生成碳化物或碳氮化物層的情況下可以是含碳、燒結(jié)碳化物和主要由石墨構(gòu)成的含碳材料的鐵、鎳和鈷。當(dāng)被處理材料中所含的碳和處理劑中的碳化物形成元素互相鍵合時(shí)，在被處理材料的表面上就形成了碳化物。在被處理的材料中含至少0.2%的碳是合適的。如果碳含量小于0.2%，可能難以形成碳化物層，或者可能需要一個(gè)長(zhǎng)的時(shí)間以形成一層具有實(shí)際可接受厚度的碳化物層。另外，如果被處理的材料是一種不含碳的金屬，可能通過(guò)使用另一個(gè)爐子或在同一個(gè)流化床爐子中預(yù)先對(duì)材料進(jìn)行涂布處理，接著再進(jìn)行按本發(fā)明的涂布處理來(lái)實(shí)現(xiàn)該材料的碳化。在后一種情況中，通常實(shí)施碳化處理時(shí)，先供給氮?dú)饣驓鍤?，同時(shí)還供給甲醇或其它類(lèi)似物質(zhì)，然后再在供應(yīng)氬氣的同時(shí)加入活化劑。
在形成氮化物層的情況中，并不總是需要被處理的材料含有碳，因而各種金屬材料，如鐵、鎳和鈷、燒結(jié)碳化物和如氧化物那樣的非金屬材料，如三氧化二鋁和燒結(jié)陶瓷可以被使用。在這種情況下，使用一種含氮?dú)怏w作為流化氣以通過(guò)在含氮?dú)怏w和處理劑中的氮化物形成元素之間鍵合的方式在被處理材料的表面上形成一種氮化物。如果被處理材料中含碳，則形成一層碳氮化物。
無(wú)論在生成碳化物層還是在生成氮化物層的情況中，都可能使用一種先經(jīng)氮化處理的鐵合金材料作為被處理材料。在形成碳化物層的情況下可能形成一層含氮的碳化物層，反之，在形成氮化物層情況下，不用含氮?dú)怏w作為流化氣也能生成氮化物層。
在生成固體溶液層的情況下，用不含碳的金屬材料如鐵和不銹鋼。如已在許多文獻(xiàn)中被公知的那樣，如果在被處理的材料和供應(yīng)的氣體中沒(méi)有含有充足的碳或氮的話(huà)，作為層形成劑的一部分的那些元素可能擴(kuò)散進(jìn)入被處理材料形成一層固體溶液層。
說(shuō)到流化氣，在生成碳化物或固體溶液層的情況中，使用如氬那樣的惰性氣體;反之，在形成碳氮化物或氮化物層的情況中，用氮或含氮?dú)怏w，如氨或由它們組成的氣體混合物，同時(shí)還與氬氣一起使用。也可以把小量的氫加入流化氣，氣體可以是一般純度的。
流化氣可以任何希望的流速供給流化床爐子，只要這流速在能實(shí)現(xiàn)充分和良好的流態(tài)化的范圍內(nèi)。如果流速太慢，則流態(tài)化就會(huì)不充分，提供的流化層內(nèi)的溫度分布會(huì)不好。另一方面，如果流速太高，耗費(fèi)的氣體量增加，而且會(huì)進(jìn)而引起顯著的鼓泡現(xiàn)象使流化過(guò)程變困難。
當(dāng)流化氣被送進(jìn)流化床爐子時(shí)，爐子中的處理劑被向上吹起并由于流化氣連續(xù)流入里面引起的壓力而不會(huì)落下，這樣，形成一層流化層并以漂浮狀態(tài)移入爐子。
在本發(fā)明中用的流化床爐子可以是任一通常用于干燥、煅燒、還原等的流化床爐子。例如，如圖1所示，爐子可以是這樣的一個(gè)流化氣入口11，開(kāi)口于爐體1較低的位置，而且氣體擴(kuò)散板12裝在爐子的流化氣入口一側(cè)。有一個(gè)氣體排出口51的蓋5連接于爐子上部。此外，爐子也可以是這樣的結(jié)構(gòu)爐體與蓋子成一整體，在爐體上安裝一可以打開(kāi)的門(mén)以裝入或移走活化劑氣體噴射管和被處理材料。
加熱步驟的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)流化層作為加熱介質(zhì)加熱流化層。加熱的專(zhuān)用方式可以設(shè)計(jì)為如圖1所示的那樣，其中包括流化層的流化床爐子插入一個(gè)外加熱器2(如一個(gè)電爐)內(nèi)部，這樣流化層被從外面加熱;或者以這樣的方式，其中用安裝在流化床爐子內(nèi)的一個(gè)加熱器直接加熱流化層。
加熱溫度可以在700～1200℃內(nèi)選擇。如果溫度低于700℃，則層形成速度顯著減低，反之，如果溫度高于1200℃，被處理材料的基體可能被破壞，因此這兩種情況都是不利的。然而，在如前所述用先氮化處理的鐵合金材料作為被處理材料的情況下，處理劑中的碳化物或氮化物形成元素會(huì)擴(kuò)散進(jìn)入通過(guò)氮化處理形成的鐵氮化物中去(在含碳的鐵合金材料的情況下為鐵碳氮化物)，該元素與鐵發(fā)生置換反應(yīng)形成該元素的氮化物(在含碳的鐵合金材料的情況下則形成該元素的碳氮化物)。在這種情況下，雖然在較低的溫度下也會(huì)形成表面層，仍希望把加熱溫度選擇在400～1200℃內(nèi)。
處理時(shí)間根據(jù)被處理材料的組成和將形成的層的組成和厚度在0.5至5小時(shí)內(nèi)選擇。在較高的處理溫度下一般要求較短的處理時(shí)間周期;另一方面，在較低的處理溫度下要求較長(zhǎng)的處理時(shí)間周期。
在本發(fā)明中，因?yàn)樵诒砻嫣幚聿襟E中作為活化劑的鹵化物是從外部通入流化床內(nèi)的，所以不再需要通常的混合粉狀處理劑、從容器中回收處理劑及混合活化劑的工序，但是表面處理可以連續(xù)地進(jìn)行。另外，因?yàn)榛罨瘎┛梢砸稽c(diǎn)一點(diǎn)地加入，從流化層逸出的鹵化物氣體量不大，因此可以有利地把廢氣處理裝置做得較小、較簡(jiǎn)單。此外，該處理劑能被使用一個(gè)長(zhǎng)時(shí)期而不需要調(diào)換，而且有價(jià)值的碳化物形成元素，如鈦和釩的量可以減少。
此外，當(dāng)有插入和取出被處理材料的自動(dòng)裝置時(shí)(如在通常的利用流化層的加熱過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的那樣)，可能實(shí)現(xiàn)連續(xù)處理。
現(xiàn)在參考實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明。
實(shí)施例1
根據(jù)本發(fā)明的碳化物涂布處理通過(guò)利用如圖1所示的流化床爐子被實(shí)現(xiàn)。該流化床爐子包括一個(gè)爐體1，它有一根供給流化氣氬氣的、開(kāi)口于其底部的氣體給管11;并有一個(gè)氣體擴(kuò)散板12，它安裝于開(kāi)口處的略上方，把爐子內(nèi)部分隔成兩部分。一個(gè)可拆卸的蓋與蓋在爐體1的頂部和一根開(kāi)口于蓋5上的與一個(gè)用來(lái)捕集廢氣的凈氣器連通的排氣管51。
安裝了加熱器2，圍在爐體1的周?chē)t體1包括一個(gè)圓柱形殼體，它由耐熱的鋼制成，直徑為60mm，高為800mm。
把1公斤的粉狀處理劑置于流化床爐內(nèi)的氣體擴(kuò)散板12上。該處理劑含60%的氧化鋁粉(80-100目)和40%的釩鐵粉(含70%釩，100～200目)。然后，供應(yīng)作為流化氣的氬氣，壓力為1.5公斤/平方厘米，以140厘米/分的流速?gòu)臍怏w供給管11進(jìn)入爐體1。然后，粉狀的處理劑被流化形成流化層4。在流化層的較低部位，8根與活化劑供給管6相連的活化劑氣體噴射管7(如圖2和圖3所示)安裝在氣體擴(kuò)散板12在上方、活化劑供給管6的內(nèi)徑是9mm，而活化劑氣體噴射管7的內(nèi)徑是3mm。還有，每根氣體噴射管7有數(shù)個(gè)小的氣體噴射孔71，每個(gè)直徑0.5mm，位于管7的下表面上的三個(gè)位置上。
然后，把兩個(gè)被處理材料3(合金工具鋼SKD11，直徑7mm，高50mm)各用一個(gè)連接于爐蓋內(nèi)表面的鉤子懸掛在流化層的幾乎是中心的位置上。然后，把蓋5蓋到爐體1頂部，緊密封閉，加熱流化層到1000℃。
然后把0.4克作活化劑用的氯化銨用液壓法模壓成圓柱形(直徑7mm，高7mm)，把許多氯化銨壓片裝入上述的活化劑供料漏斗8，把上端緊密封閉后，用桿9推動(dòng)使二塊壓片落入活化劑供給管。二塊氯化銨壓片的數(shù)量相當(dāng)于處理劑總重量的0.08%。開(kāi)始操作1小時(shí)后，再供給一塊氯化銨壓片。經(jīng)2小時(shí)處理后，卸下?tīng)t蓋，把被處理材料從爐中拿出，然后用油冷卻。
然后用上述的同樣方式再放二塊同樣組成和形狀的被處理材料到流化層的中心位置上，接著用上述的同樣方式進(jìn)行處理并同時(shí)不斷供應(yīng)氯化銨壓片。以上述方式重復(fù)四次。當(dāng)用肉眼觀(guān)察這樣得到的表面時(shí)，被處理材料上既沒(méi)有處理劑粘附于其上，也看不出有顏色不均勻之處，而且材料的表面是光滑的。然而，當(dāng)用顯微鏡觀(guān)察其橫截面時(shí)，可以看到形成了5～6μm厚的均勻的涂層。接著，用X-射線(xiàn)衍射法證明了這一層是由碳化釩(VC)構(gòu)成的。測(cè)定該層的硬度表明其硬度約HV3000。
如上所述僅通過(guò)選擇性地加入約0.1%的活化劑就能被涂上一個(gè)有足夠厚度的碳化釩層。
實(shí)施例2用1公斤含60%氧化鋁粉(80～100目)和40%鈦鐵粉(100～200目)的處理劑使用一個(gè)流化床爐子進(jìn)行碳化物涂布處理，其中，安裝了如圖4所示的活化劑氣體噴射環(huán)13代替了用于例1中的流化床的活化劑氣體噴射管7?；罨瘎怏w噴射環(huán)13與活化劑供給管6垂直連接。管6的頂端伸出爐子外并與活化劑供料漏斗等以如例1中所示的同樣方式相連。活化劑供給管的內(nèi)徑為10mm，而在與噴射環(huán)連接部分，其直徑減小到5mm。活化劑氣體噴射環(huán)的外徑為55mm，而構(gòu)成環(huán)的管子的內(nèi)徑為5mm。在環(huán)的下表面上15個(gè)位置上等距離地形成直徑各為0.5mm的小孔。然后，把被處理材料(碳SK4，直徑7mm，高50mm)用連接在蓋5內(nèi)表面上的鉤子懸掛在流化床的中心位置上。用蓋5蓋住爐子頂部并緊密封閉，把流化層加熱到1000℃。然后，把0.9克作活化劑用的氯化銨粉(80～100目)用液壓方法模壓成9mm直徑和9mm高的圓柱形。把氯化銨壓片注入上述的活化劑供料漏斗8，緊密封閉后，用桿9將其推落到活化劑供給管內(nèi)。氯化銨壓片的量相當(dāng)于處理劑總量的0.09%。開(kāi)始操作1小時(shí)后，再供給一個(gè)氯化銨。進(jìn)行兩小時(shí)熱處理后，把被處理材料從爐子中取出并用油冷卻。然后，用氯化銨處理如上所述的同樣組成和形狀的被處理材料，供應(yīng)到活化劑供給管內(nèi)的氯化銨的量與上面所述的一樣，并進(jìn)行2小時(shí)的處理。以上述方式重復(fù)五次。發(fā)現(xiàn)每一個(gè)這樣方法得到的表面上生成了9～10μm厚的光滑的涂層。用X-射線(xiàn)衍射法分析該涂層，確定該涂層是碳化鈦(TiC)涂層。測(cè)定涂層的硬度約為3500HV。
實(shí)施例3用例1中的流化床爐子進(jìn)行碳化物涂布和固體溶液層生成處理，使用1公斤的含60%的三氧化二鋁粉(80～100目)和20%的鉻粉(100～200目)的處理劑。
首先，用與蓋子內(nèi)表面相連的鉤子把被處理的材料(碳鋼SK4和工業(yè)純鐵，每個(gè)直徑7mm，高50mm)懸掛于流化層的中心位置上。用蓋子把爐頂蓋上，緊密封閉后把流化層加熱到1000℃。然后，把作為活化劑的0.7克溴化銨粉(80～100目)用液壓方法模壓成圓柱形粒子(直徑7mm，高7mm)。把溴化銨粒放入上述活化劑供料漏斗8，緊密封閉該漏斗的上部后，用桿9把一個(gè)活化劑粒子推落入活化劑供給管。一個(gè)溴化銨粒子相當(dāng)于處理劑總量的0.07%。操作開(kāi)始一個(gè)半小時(shí)后，再供給一個(gè)溴化銨粒子。進(jìn)行2小時(shí)熱處理后，把被處理材料從爐子中取出并用油冷卻。然后，用溴化銨處理如上所述的同樣組成的形狀的被處理材料，把如上所述的同樣量溴化銨供給活化劑供給管內(nèi)，進(jìn)行2小時(shí)處理。以上述方式重復(fù)5次。發(fā)現(xiàn)每一個(gè)這樣得到的被處理材料都有十分光滑的無(wú)粉末粘附的表面。而且發(fā)現(xiàn)SK4表面形成了厚度為8～9μm的涂層。用X-射線(xiàn)衍射法分析確證這一涂層是碳化鉻(Cr7C+3Cr23C6)層。測(cè)定該層的硬度為2000HV。而在工業(yè)純鐵的情況中，生成了厚度為24～25μm的鉻-固體溶液層。用X-射線(xiàn)微分析儀分析該涂層的橫截面中的鉻的含量，確定鉻含量最大為60%。
權(quán)利要求
1.一種在被處理材料上生成一表面層的方法，該方法包括在一個(gè)流化床爐子中裝入一種包含一高熔點(diǎn)材料粉末和一用以生成碳化物、氮化物、碳氮化物或固體溶液的一種金屬粉末或一種它們的合金粉末的處理劑，把流化氣導(dǎo)入所說(shuō)的流化床爐子以流化所說(shuō)的處理劑并形成一流化層，把所說(shuō)的被處理材料裝入所說(shuō)的流化層，以及把預(yù)定量的鹵化物導(dǎo)入所說(shuō)的流化層，這樣在加熱條件下在所說(shuō)的被處理材料表面上生成一層所說(shuō)的金屬的碳化物、氮化物、碳氮化物或固體溶液層。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所說(shuō)的一種方法，其特征在于所說(shuō)的鹵化物包含至少一個(gè)選自鹵化銨、金屬鹵化物和堿金屬或堿土金屬鹵化物的一個(gè)組分，所說(shuō)的鹵化物的量為所說(shuō)處理劑的約0.05至20%(重量)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所說(shuō)的一種方法，其特征在于所說(shuō)的粉末或所說(shuō)的合金粉末的量是所說(shuō)處理劑的1至50%(重量)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所說(shuō)的一種方法，其特征在于所說(shuō)的流態(tài)化氣體是氮?dú)?、含氮?dú)怏w或所說(shuō)的氮?dú)饣蚝獨(dú)怏w與氬氣的混合氣體，這樣在所說(shuō)的被處理材料表面上形成氮化物或碳氮化物涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所說(shuō)的一種方法，其特征在于所說(shuō)的流化氣體是一種惰性氣體，這樣在所說(shuō)的被處理材料表面上生成碳化物涂層或固體溶液層。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所說(shuō)的一種方法，其特征在于所說(shuō)的加熱要達(dá)到400℃至1200℃溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所說(shuō)的一種方法，其特征在于所說(shuō)的處理劑包含所說(shuō)的高熔點(diǎn)材料和用以生成一種碳化物或一種碳氮化物涂層的所說(shuō)的金屬或合金粉末，以及所說(shuō)的被處理材料是一種含碳、燒結(jié)碳化物和主要由石墨組成的碳質(zhì)材料的金屬材料，這樣在所說(shuō)的被處理材料表面上形成碳化物或碳氮化物涂層。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所說(shuō)的一種方法，其特征在于所說(shuō)的被處理材料是一種含碳的鐵、鎳、鈷。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所說(shuō)的一種方法，其特征在于所說(shuō)的處理劑包含所說(shuō)的高熔點(diǎn)材料粉末和所說(shuō)的用以形成一種氮化物的金屬或合金粉末，以及所說(shuō)的被處理材料是一種金屬材料或一種非金屬材料，這樣在所說(shuō)的被處理材料表面上生成一層氮化物涂層。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9所說(shuō)的一種方法，其特征在于所說(shuō)的被處理材料是一種鐵、鎳、鈷和燒結(jié)陶瓷。
11.根據(jù)權(quán)利要求
1所說(shuō)的一種方法，其特征在于所說(shuō)的處理劑含有所說(shuō)的高熔點(diǎn)材料粉末和所說(shuō)的用以形成固體溶液的金屬或合金粉末，以及所說(shuō)的被處理材料是不含碳的金屬材料，這樣在所說(shuō)的被處理材料表面上生成固體溶液層。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11所說(shuō)的一種方法，其特征在于所說(shuō)的被處理材料是一種不含碳的鐵和不銹鋼。
13.根據(jù)權(quán)利要求
1所說(shuō)的一種方法，其特征在于所說(shuō)的處理劑含有所說(shuō)的高熔點(diǎn)材料粉末和所說(shuō)的用以形成一種碳化物、氮化物或碳氮化物的金屬或合金粉末，以及所說(shuō)的被處理材料是一種經(jīng)過(guò)氮化處理的金屬材料，這樣在所說(shuō)的被處理材料表面上形成碳化物、氮化物或碳氮化物涂層。
14.用來(lái)在一種被處理材料上生成一表面層的一種設(shè)備，包括一個(gè)用來(lái)在一種由一種高熔點(diǎn)材料粉末和一種用以形成一種碳化物、氮化物、碳氮化物或固體溶液的金屬粉末或它們的一種合金粉組成的處理劑的流化層中形成所說(shuō)的表面層的爐體，一個(gè)用來(lái)加熱所說(shuō)的流化層的加熱爐，一根與所說(shuō)的爐體外部相連的鹵化物供給管，以及安裝在所說(shuō)爐體內(nèi)的一根鹵化物氣體噴射管，所說(shuō)的鹵化物氣體噴射管與所說(shuō)的鹵化物供給管相連并有多個(gè)開(kāi)口在所說(shuō)的流化層中的小孔。
15.根據(jù)權(quán)利要求
14所說(shuō)的一種設(shè)備，其特征在于，在一個(gè)與流化氣氣流垂直的平面上，所說(shuō)的鹵化物氣體噴射管與鹵化物供給管的總截面積的比例不大于流化層垂直截面積的1/3。
專(zhuān)利摘要
一種在被處理物質(zhì)表面上形成—碳化物、氮化物、碳氮化物或固體溶液的表面涂層的方法，包括把由一種高熔點(diǎn)材料的粉末和一種用以形成一種碳化物、氮化物、碳氮化物或固體溶液的金屬粉末或一種它們的合金粉末組成的一種處理劑裝入一個(gè)流化床爐子，把流化氣導(dǎo)入流化床爐子以流化處理劑并形成一流化層，把被處理材料裝入流化層并且把預(yù)定量的鹵化物導(dǎo)入流化層；以及用來(lái)在被處理材料上形成一表面涂層的一種設(shè)備，包括一個(gè)用來(lái)在處理劑的流化層中形成表面涂層的設(shè)備。
文檔編號(hào)F27B15/10GK87104781SQ87104781
公開(kāi)日1988年1月27日 申請(qǐng)日期1987年7月7日
發(fā)明者新井透, 遠(yuǎn)藤淳二, 武田裕正 申請(qǐng)人:株式會(huì)社豐田中央研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan