專利名稱：：一種化學(xué)熱處理用有機稀土催滲劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種化學(xué)熱處理用有機稀土催滲劑
背景技術(shù)：
：金屬制品的表面化學(xué)熱處理是通過熱滲透碳氮等元素改變金屬材料的表面相結(jié)構(gòu)，從而改善材料的表面機械性能、抗腐蝕性能，已經(jīng)成為一些金屬材料制品的必要工序，像汽車底盤、軸承、齒輪、活塞銷、鏈條、履帶、工具等等。但是表面熱處理能耗高、工序持續(xù)時間長，因此可利用催滲技術(shù)加速化學(xué)熱處理過程，降低能耗。稀土是一種活性很強的元素，在滲碳過程中使用稀土，一般認(rèn)為稀土有四個方面的作用一是對爐氣作用的優(yōu)化。在還原性氣氛中稀土可以有效的加強對滲碳劑的裂解作用，提高CH4以及CO含量。二是對工件的表面清潔作用。稀土的活性與鐵相比要活潑的多，在爐氣中產(chǎn)生的稀土離子可以還原工件表面的氧化鐵，產(chǎn)生新生態(tài)鐵，起到清潔工件表面的功效。三是增加碳擴散速度。碳在稀土原子的周圍容易形成聚集，在一定的條件下聚集在稀土周圍的高碳濃度更容易向內(nèi)部躍遷擴散，增大碳的擴散速度，使?jié)B速增加。四是改善表面內(nèi)氧化，減少非馬氏體組織。當(dāng)然，稀土也被用于其他熱處理方面，如滲氮、碳氮共滲或RE、N、C、O、S和B多元共滲等方面，效果普遍較為明顯。八十年代初，哈爾濱工業(yè)大學(xué)開始研究稀土催滲技術(shù)，后來，山東工業(yè)大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)等許多研究單位都進行過稀土催滲的研究，經(jīng)生產(chǎn)實踐證明，在化學(xué)熱處理中引入稀土催滲劑，可以改善金相組織，提高熱處理速度，使工件的機械性能大幅度提高。1985年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)申請的專利(CN85100594)"稀土、碳、氮三元共滲，稀土、碳二元共滲化學(xué)滲劑及配方"，采用混合氯化稀土溶于甲醇，氯化銨溶于甲酰胺和尿素使其飽和，兩溶液混合即得到，其中兩元稀土共滲劑不添加含氮物質(zhì)。1988年哈爾濱工業(yè)大學(xué)申請的專利(CN1039069)"固液稀土化學(xué)熱處理催滲劑及配置方法"采用稀土的氯化、氟化、硝酸、碳酸鹽類和其他化學(xué)試劑制備的催滲劑。山東工業(yè)大學(xué)申請的專利(CN1072733A)"稀土催滲離子滲氮新技術(shù)",提出采用含La和Ce的混合稀土進行催滲氮的思路。早期，普遍偏重于采用無機稀土化合物作為催滲劑。但無機稀土鹽類在使用過程中有嚴(yán)重堵管道的現(xiàn)象，阻礙了稀土催滲劑在熱處理方面的應(yīng)用。因此，國內(nèi)還開發(fā)了采用有機稀土作為催滲劑的方法，山東工業(yè)大學(xué)申請的專利(CN871010329)提出采用稀土有機金屬化合物，如羧酸稀土、環(huán)烷酸稀土配制稀土催滲劑。2005年，哈爾濱意鋒稀土材料開發(fā)有限公司申請的專利"有機稀土化學(xué)熱處理催滲劑及其應(yīng)用"為解決稀土氯化物在使用中極易發(fā)生堵塞滴管故障的問題，發(fā)明的有機稀土催滲劑主要組成8~12%稀土元素、5~8%四氯乙烯、1~4°/。茂稀土、異丁酸銨0~30%、異構(gòu)酸和異構(gòu)醇余量，可用于配制滲碳及碳氮共滲催滲劑?；蛘哂上率龀煞纸M成8~12%稀土元素、5~8%四氯乙烯、1~4%茂稀土、異丁酸銨20-30%、異構(gòu)酸和異構(gòu)醇余量，可用做滲碳、碳氮共滲、滲氮、氮碳共滲或Re、N、C、0、S、B多元共滲。據(jù)報道，該催滲劑可以較好地解決無機催滲劑的堵塞管路問題，但是該稀土催滲劑的組分比較復(fù)雜。目前，無機催滲劑存在活性較低、堵塞管道嚴(yán)重的問題，而有機催滲劑雖然解決了管道堵塞問題。但是配方復(fù)雜、裂解溫度較高，活性也較低，加入量多等問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種用于金屬制品的表面化學(xué)熱處理催滲劑，具有活性高、裂解溫度低、配方簡單、不堵塞管道等優(yōu)點，可降低熱處理溫度，加速化學(xué)熱處理過程，從而實現(xiàn)節(jié)能的目的，并提高表面化學(xué)熱處理產(chǎn)品的機械性能和整體合格率，同時拓展稀土在金屬材料加工領(lǐng)域的應(yīng)用范圍為達到本發(fā)明的目的采取了如下技術(shù)方案實現(xiàn)本發(fā)明的化學(xué)熱處理用有機稀土催滲劑，其成分含有茂稀土和二茂鐵。本發(fā)明的化學(xué)熱處理用有機稀土催滲劑中茂稀土和二茂鐵的重量比為0.01_99.9。本發(fā)明的化學(xué)熱處理用有機稀土催滲劑，所述茂稀土中的稀土元素包含La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y和Sc中的一種或兩種以上按照任意比例的混合物，其中優(yōu)選La、Ce、Pr、Nd、Sm、Y中的一種或兩種以上按照任意比例的混合物。本發(fā)明的化學(xué)熱處理用有機稀土催滲劑，主要成分為40wt%-85wty。茂稀土和二茂鐵、以及尿素和黃血鹽中的至少一種，并采用淀粉和/或糖漿作為粘結(jié)劑制備成固體催滲劑。本發(fā)明的化學(xué)熱處理用有機稀土催滲劑，可以為液體，它含有茂稀土和二茂鐵，還含有四氯化碳或四氯化碳和醇類的混合物。本發(fā)明的液體的有機稀土催滲劑中茂稀土和二茂鐵的含量為98wt%-2wt%,四氯化碳或四氯化碳和醇類的混合物含量為2wt%-98wt%。本發(fā)明的液體有機稀土催滲劑中醇類為甲醇、乙醇、丁醇、異丁醇、丙醇、異丙醇中的一種以上，其與四氯化碳的體積比為0.01-100。本發(fā)明的化學(xué)熱處理用有機稀土催滲劑劑為液體，含有茂稀土和二茂鐵，還含有羧酸稀土、環(huán)烷酸稀土、異丁酸銨、異構(gòu)酸和異構(gòu)醇中的一種或兩種以上。其中茂稀土和二茂鐵的含量為4wt%-70wt%。本發(fā)明的化學(xué)熱處理用有機稀土催滲劑可用于滲碳、滲氮、碳氮共滲或RE、N、C、O、S、B中的至少兩種元素的共滲。特別適用于REFe、REFeB、REFeN、RECo和NiH合金的滲碳、滲氮、碳氮共滲或RE、N、C、O、S、B中的至少兩種元素的共滲。本發(fā)明所采用茂稀土和茂鐵作為催滲劑的主要成分，配方簡單，可以制備成固體和液體兩種形式的催滲劑，應(yīng)用廣泛。本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、通過茂稀土和二茂鐵的協(xié)同作用，不僅可以提高催滲速度和降低催滲溫度，而且明顯改善滲層脆性、提高滲層的耐磨性、接觸疲勞和彎曲疲勞壽命，安全可靠，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；2、大大降低熱處理過程中的能量消耗，提高熱處理速度25%-50%，能耗降低30-55%;3、適用性強，可用于固態(tài)催滲和液態(tài)催滲領(lǐng)域；4、采用有機茂化合物作為催滲劑主成分，其裂解溫度較低，可解決熱處理過程中堆塞管道的問題。圖la:—種熱處理曲線圖圖lb:另一種熱處理曲線圖圖la中，l為加熱曲線，圖lb中，2為加熱曲線具體實施例方式實施例1按照重量百分比甲醇為40wt。/。、四氯化碳為56wt。/。(甲醇與四氯化碳的體積比為1.43),二茂鐵為0.4wt%,茂稀土為3.6wty。(茂稀土和二茂鐵的含量為4%,茂稀土和二茂鐵的含量比為9),將上述材料混合配制成催滲劑，所述的茂稀土中稀土元素為混合物，稀土元素配分為98wt。/。的Ce,2wt。/。的La。將稀土催滲劑溶于煤油和甲醇混合液中，保證稀土含量為1.0%,在爐內(nèi)86(TC下采用滴注法催滲方式在工件熱處理過程中進行低溫滲碳應(yīng)用，催滲結(jié)果見表2。工件熱處理過程條件熱處理設(shè)備60kw井式滲碳爐；熱處理工件齒輪軸，材料為20CrMnTi;滲碳要求滲碳層深0.8—1.3mm;表面硬度58—63HRC。實施例2按照重量百分比甲醇和乙醇1:1的混合物共為50wt%,四氯化碳為1.0wt%(醇類與四氯化碳的體積比為100)，二茂鐵為0.5wt%，茂稀土為48.5wt。/。(茂稀土和二茂鐵的含量為49%,茂稀土和二茂鐵的含量比為97),將上述材料混合配制成催滲劑，其中所采用的稀土元素配分為75wt%的Ce和25wt%的La。催滲試驗同實施例l,催滲結(jié)果見表2。實施例3按照重量百分比甲醇和乙醇混合物共為30wt%，四氯化碳為15wt%(醇類與四氯化碳的體積比為4),二茂鐵為13wty。，茂稀土為32wt。/。(茂稀土和二茂鐵的含量為45%,茂稀土和二茂鐵的含量比為2.46),將上述材料混合配制成催滲劑。稀土元素的成份如表1所示。催滲試驗同實施例l，催滲結(jié)果見表2。表1稀土元素配分wt%<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例4按照重量百分比將30wt。/。的黃血鹽、6wt。/。的二茂鐵、64wt。/。的茂稀土(茂稀土和二茂鐵的含量為70%，茂稀土和二茂鐵的含量比為10.07),用淀粉和糖漿作為粘結(jié)劑制備成固體催滲劑。稀土元素為99.99%的純Y。催滲試驗同實施例1,催滲結(jié)果見表2。表2釆用有機稀土催滲劑條件下滲碳層厚度和熱處理時間關(guān)系<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例5將30wt。/。的尿素、30wt。/。的黃血鹽、30wt。/。的二茂鐵，10wt。/。的茂稀土(茂稀土和二茂鐵的含量為40%,茂稀土和二茂鐵的含量比為0.33),用淀粉和糖漿作為粘結(jié)劑制備成固體催滲劑。稀土元素為99.5wt。/。的Sm,其他稀土元素為0.5wt%。釆用此固體催滲劑進行碳氮共滲，所釆用的處理工藝主要參數(shù)為工件材料40Cr;裝爐量500公斤；碳勢1.25%;設(shè)備多用碳氮共滲爐，熱處理溫度曲線如下圖la、圖lb,熱處理結(jié)果如表3所示。表3熱處理效果比較<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>本例表明釆用本發(fā)明的有機稀土催滲劑，可以降低熱處理溫度和熱處理時間，降低熱處理能耗，同時，由于熱處理滲碳過程中溫度降低，可減少由于長時間高溫?zé)崽幚懋a(chǎn)生的公差尺寸與形狀畸變，整體提高產(chǎn)品的精度，并大幅提高產(chǎn)品合格率。實施例6按照重量百分比6wt。/。的二茂鐵、64wt。/。的茂稀土(茂稀土和二茂鐵的含量為70%,茂稀土和二茂鐵的含量比為10.07)、15%羧酸稀土和15%環(huán)烷酸稀土構(gòu)成催滲劑，其中稀土元素為99.9n/。的純Sm。將稀土催滲劑用煤油和甲醇混合液稀釋，稀釋液中稀土含量為0.8%,在爐內(nèi)84(TC下采用滴注法催滲方式在工件熱處理過程中進行低溫滲碳應(yīng)用，催滲結(jié)果見表3。工件熱處理過程條件熱處理設(shè)備60kw井式滲碳爐；熱處理工件齒輪軸，材料為20CrMnTi;實施例7按照重量百分比40wt。/。的二茂鐵、15wt。/。的茂稀土(茂稀土和二茂鐵的含量為7%,茂稀土和二茂鐵的含量比為2.7),15%羧酸稀土和30%異構(gòu)醇構(gòu)成催滲劑，其中稀土元素為99.9。/。的純Nd。催滲試驗同實施例6，催滲結(jié)果見表3。表3釆用有機稀土催滲劑條件下滲碳層厚度和熱處理時間關(guān)系<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1、一種化學(xué)熱處理用有機稀土催滲劑，其特征在于，有機稀土催滲劑含有茂稀土和二茂鐵。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)熱處理用有機稀土催滲劑，其特征在于，有機稀土催滲劑中茂稀土和二茂鐵的重量比為0.01-99.9。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)熱處理用有機稀土催滲劑，其特征在于，茂稀土中稀土元素包含La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y和Sc中的一種或兩種以上按照任意比例的混合物，其中優(yōu)選La、Ce、Sm、Nd、Pr、Y元素中的一種或兩種以上按照任意比例的混合物。4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的化學(xué)熱處理用有機稀土催滲劑，其特征在于，它含有40wt。/。-85wt。/。的茂稀土和二茂鐵，以及尿素和黃血鹽中的至少一種，釆用淀粉和/或糖漿作為粘結(jié)劑制備成固體催滲劑。5、根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的化學(xué)熱處理用有機稀土催滲劑，其特征在于，這種有機稀土催滲劑為液體，它含有茂稀土和二茂鐵，還包含有四氯化碳或四氯化碳和醇類的混合物。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的化學(xué)熱處理用有機稀土催滲劑，其特征在于，有機稀土催滲劑中茂稀土和二茂鐵的含量為98wt%-2wt%,四氯化碳或四氯化碳和醇類的混合物含量為2wt%-98wt%。7、根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的有機稀土催滲劑，其特征在于，醇類包括甲醇、乙醇、丁醇、異丁醇、丙醇、異丙醇中的一種以上，其與四氯化碳的體積比例為0.01到100。8、根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的化學(xué)熱處理用有機稀土催滲劑，其特征在于，這種有機稀土催滲劑為液體，它含有茂稀土和二茂鐵，還含有羧酸稀土、環(huán)烷酸稀土、異丁酸銨、異構(gòu)酸和異構(gòu)醇中的一種或兩種以上。9、根據(jù)權(quán)利要求5或8所述的化學(xué)熱處理用有機稀土催滲劑，其特征在于，有機稀土催滲劑中茂稀土和二茂鐵的含量為4wt%-70wt%。全文摘要本發(fā)明涉及一種化學(xué)熱處理用有機稀土催滲劑，本發(fā)明提供一種用于金屬制品的表面化學(xué)熱處理催滲劑，它具有活性高、裂解溫度低、配方簡單、不堵塞管道等優(yōu)點。本發(fā)明的催滲劑通過茂稀土和茂鐵的協(xié)同作用，不僅可以提高催滲速度和降低催滲溫度，而且明顯改善滲層脆性、提高滲層的耐磨性、接觸疲勞和彎曲疲勞壽命，安全可靠，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；大大降低熱處理過程中的能量消耗，提高熱處理速度25％-50％，能耗降低30-55％；采用茂稀土和茂鐵的混合物作為催滲劑主成分，其裂解溫度較低，可解決熱處理過程中堆塞管道的問題；可用于固態(tài)催滲和液態(tài)催滲領(lǐng)域。文檔編號C23C8/00GK101560637SQ20081010423公開日2009年10月21日申請日期2008年4月17日優(yōu)先權(quán)日2008年4月17日發(fā)明者崔大立,張順利,彭新林,李紅衛(wèi),韓業(yè)斌,黃小衛(wèi),龍志奇申請人:北京有色金屬研究總院;有研稀土新材料股份有限公司