專利名稱：一種鋼鐵工件低溫氣體滲氮方法
技術領域：
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：
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熱處理方法。滲氮有三個基本過程活性氮原子的產(chǎn)生、表面的吸收和氮原子的擴散。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中工作的耐蝕性，由上述種種優(yōu)點，滲氮技術已被廣泛應用于生產(chǎn)實踐中。氣體滲氮作為最原始的滲氮技術因其設備投資少、調整維修比較簡單、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方式。但是隨著各種機械的高性能化，對于構成這些機械的鋼鐵零部件的品質要求也越來越高，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，滲氮時間長，能源浪費，成本高以及應用的工件鋼種受到一定限制等缺點。
現(xiàn)有技術公開了一種純鐵的低溫滲氮技術(31 January 2003 VOL 299 SCIENCE)，該技術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使工件表面產(chǎn)生了塑性變形，對于薄片件和精密件處理后會影響工件技術要求精度，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，應用前景比較窄。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種鋼鐵工件低溫氣體滲氮的方法，其不僅能實現(xiàn)鋼鐵工件的低溫快速氣體滲氮，而且復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要求。
為解決上述技術問題，其技術解決方案是一種鋼鐵工件低溫氣體滲氮方法，其包括工件前期預處理和后期低溫氣體滲氮處理，上述前期預處理包括，在電鍍裝置的電鍍液中，將工件作為兩個電極中的某一個電極，加載交流電源，對工件表面進行交流電處理。
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電極可選用惰性電極、純鐵電極或者與工件同種材質電極。
上述另一個電極的表面優(yōu)選為工件法向等距面。
上述前期處理還包括，對置入電鍍液前的工件進行常規(guī)表面拋光，及丙酮、酒精清洗處理；以及對脫離電鍍液后的工件進行常規(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。這種前期預處理技術方式，由于交流電的作用，鋼鐵工件表面晶粒細化，表面金屬粒子激活能增加，保證實現(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復雜形狀及精密鋼鐵零件等工件表面進行預處理，而不存在使零件變形問題，能夠滿足零件技術精度要求。另外，通過該前期處理，鋼鐵工件表面晶界的增多，促進了滲氮的速度，縮短滲氮周期。
具體實施例方式
實施例1，在前期預處理過程中，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電極固定，另一個電極選用與工件同種材質的電極。加載(接通)20Hz的交流電源，電流密度為5A/dm2，通電時間為60分鐘。
從電鍍液中取出鋼鐵工件，進行常規(guī)丙酮、酒精清洗，干燥后進行后期低溫氣體滲氮處理。將工件放入普通氣體滲氮爐中，滲氮氣體為純氨，溫度為300℃，通過調節(jié)氨氣流量以及爐內壓力控制氮勢，氨分解率測量儀測量監(jiān)測氮勢，氮化時間9小時。
為了進一步提高工件表面預處理均勻度，可將另一個電極制成與被處理鋼鐵工件形狀相耦合的形狀。
實施例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電極固定，另一個電極選用惰性電極。接通40Hz交流電源，電流密度為10A/dm2，通電時間為30分鐘。
從電鍍液中取出鋼鐵工件，進行常規(guī)丙酮、酒精清洗，干燥后進行后期低溫氣體滲氮處理。將工件放入普通氣體滲氮爐中，滲氮氣體為純氨，溫度為300℃，通過調節(jié)氨氣流量以及爐內壓力控制氮勢，氨分解率測量儀測量監(jiān)測氮勢，氮化時間為15小時。
為了進一步提高工件表面預處理均勻度，可以將另一個惰性電極制成與被處理鋼鐵工件形狀相耦合的形狀。
實施例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電極固定，另一個電極應用惰性電極或者與工件同種材質的電極。接通100Hz交流電源，電流密度20A/dm2，通電時間為10分鐘。
從溶液中取出鋼鐵工件，進行常規(guī)丙酮、酒精清洗，干燥后進行后期低溫氣體滲氮處理。將工件放入普通氣體滲氮爐中，滲氮氣體為純氨，溫度為300℃，通過調節(jié)氨氣流量以及爐內壓力控制氮勢，氨分解率測量儀測量監(jiān)測氮勢，氮化時間為30小時。
為了進一步提高工件表面預處理均勻度，可以將另一個電極的表面制成工件法向等距面。
權利要求
1.一種鋼鐵工件低溫氣體滲氮方法，其包括工件前期預處理和后期低溫氣體滲氮處理，特征在于所述前期預處理包括，在電鍍裝置的電鍍液中，將工件作為兩個電極中的某一個電極，加載交流電源，對工件表面進行交流電處理。
2.根據(jù)權利要求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，通電時間為10~60分鐘。
3.根據(jù)權利要求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電極選用惰性電極、純鐵電極或者與工件同種材質電極。
7.根據(jù)權利要求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電極的表面為工件法向等距面。
8.根據(jù)權利要求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，對置入電鍍液前的工件進行常規(guī)表面拋光，及丙酮、酒精清洗處理；以及對脫離電鍍液后的工件進行常規(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，包括工件前期預處理和后期低溫氣體滲氮處理，前期預處理包括，在電鍍裝置的電鍍液中，將工件作為其中的一個電極，加載交流電源，對工件表面進行交流電處理。這種前期預處理方式，由于交流電的作用，鋼鐵工件表面晶粒細化，表面金屬粒子激活能增加，利于實現(xiàn)后期低溫氣體滲氮。又由于交流電處理方式特別適宜對復雜形狀及精密鋼鐵零件等工件表面進行預處理，而不存在使零件變形問題，能夠滿足零件技術精度要求。
文檔編號C23C8/24GK1706982SQ20051004344
公開日2005年12月14日 申請日期2005年5月3日 優(yōu)先權日2005年5月3日
發(fā)明者王積森, 張國松, 孫金全, 鮑英 申請人:山東科技大學