專利名稱：產(chǎn)生經(jīng)滲氮或碳氮共滲的鋼制零件的耐腐蝕表面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生經(jīng)滲氮或碳氮共滲的鋼制零件的耐腐蝕表面的方法。
背景技術(shù)：
幾十年來采用鋼表面的滲氮和碳氮共滲以提高鋼制零件的耐磨強度和疲勞強度。 已知成千上萬的應(yīng)用，例如在汽車制造中曲軸的滲氮和凸輪軸的碳氮共滲。滲氮和碳氮共滲是非常相似的過程。在滲氮的情況下將元素氮引入零件表面， 而在碳氮共滲的情況下氮和以更小程度的碳擴散進入零件表面。這些過程一般在540至 630°C，通常在580至610°C的溫度下進行。由于加工時間更短，在工業(yè)技術(shù)上更強烈地實施 碳氮共滲。碳氮共滲可以在氣體中，在等離子體中或者在熔融的鹽中實施。在碳氮共滲中，在零件表面上形成緊密的鐵氮化物層，其中在鋼合金化時還包含 合金元素的氮化物和碳氮化物。該層稱作“連接層”。其除了位于其下方的擴散區(qū)以外首先 為硬度、韌性和耐磨性的提高負責(zé)。連接層的厚度取決于材料、加工時間和溫度，通常約為 20umo在外部區(qū)域，該連接層總是多孔的，即具有細孔。該所謂的多孔區(qū)一般到達連接層 的層厚度的10至50%的深度。在連接層厚度為20iim時，多孔區(qū)一般為2至lOiim。已知若在碳氮共滲之后接著進行表面氧化，則經(jīng)滲氮或碳氮共滲的鋼材表面除了 上述的耐磨強度以外還具有高的耐腐蝕性。通過氧化而在連接層上產(chǎn)生薄的緊密的鐵氧化 物層，其可以是一微米至若干微米厚的一小部分。此外，連接層的孔用鐵氧化物填充。因此 在經(jīng)碳氮共滲的表面上產(chǎn)生鈍化層，其主要由黑色的鐵氧化物磁鐵礦(Fe304)組成，并賦予 零件高的耐腐蝕性?？梢岳脷怏w如二氧化碳、氮氧化物或水蒸汽進行經(jīng)碳氮共滲的層的氧化。還可 將熔融的鹽用于氧化，通常利用由堿金屬氫氧化物、堿金屬硝酸鹽、堿金屬亞硝酸鹽以及堿 金屬碳酸鹽組成的鹽混合物。因此，經(jīng)處理的即經(jīng)碳氮共滲和氧化的零件除了提高的耐磨性以外還具有顯著提 高的耐腐蝕性。例如若表面在熔融的鹽中進行碳氮共滲，則依照標(biāo)準(zhǔn)DIN EN ISO 9227 2006測得的未經(jīng)合金化的鋼材C15對于濃度為1 %的食鹽溶液在35°C下的耐腐蝕性從1小 時提高到12至24小時。但是若零件表面在碳氮共滲之后還額外進行氧化，則進一步提高 耐腐蝕性至500小時以上的數(shù)值。由此超過用于類似目的的通常電鍍的層如鎳或硬鉻的耐 腐蝕性。此外，經(jīng)碳氮共滲和后期氧化的層具有令人愉快的裝飾性黑顏色。但是除了鋼材表面的碳氮共滲和氧化的這些積極方面以外，還產(chǎn)生經(jīng)常被忽略的 問題。許多零件，如液壓缸、氣壓彈簧、球頭銷釘、球形萬向節(jié)、氣壓缸，不得超過功能面 上的一定粗糙度。但是現(xiàn)在通過滲氮或碳氮共滲提高了零件表面的粗糙度。隨后的氧化僅 微不足道地提高粗糙度。Rz值測量被證明是表面的粗糙度或粗糙度改變的度量，因此稱作 最大粗糙度輪廓高度(Rauheitsprofilh6he)，并且是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DIN EN ISO 4287測得的。對 于上述的零件，允許的粗糙度界限是Rz值為1. 5 y m。
作為經(jīng)驗規(guī)則，以下零件被看作是在水力學(xué)、氣體力學(xué)或氣壓彈簧中使用的零 件用于這些功能領(lǐng)域中的零件不得超過Rz = 1.5i!m的粗糙度。一般而言，這些零 件的粗糙度甚至低于1. 0 y m Rz。實踐經(jīng)驗教導(dǎo)，未經(jīng)處理的零件的0. 5至1. 5i!m Rz的起始粗糙度通過在熔融的 鹽中的碳氮共滲而變?yōu)閮杀吨寥叮⑼ㄟ^隨后的氧化而提高至初始Rz值的四倍，例如在 初始狀態(tài)Rz = 1 P m，在碳氮共滲之后變?yōu)镽z = 3 y m，而在碳氮共滲及氧化之后變?yōu)镽z = 3. 5 至 4u m。該粗糙度必須通過拋光零件而再次回到所需的低于1. 5 y m的Rz值，通常低于Rz =lum.為此，在工業(yè)技術(shù)上以如下方式實施除了在包括氰酸鹽、氰化物和碳酸鹽的鹽熔體中進行碳氮共滲以外，將零件送入 包括堿金屬氫氧化物、堿金屬碳酸鹽、堿金屬硝酸鹽和堿金屬亞硝酸鹽的氧化性熔體，并在 此于表面上氧化。同時氧化附著的殘余的碳氮共滲熔體，換而言之，在鹽浴中碳氮共滲的零 件上附著的氰酸鹽和少量的氰化物被氧化成碳酸鹽。隨后將零件在水中浸冷。然后其已經(jīng) 具有所期望的黑顏色、耐磨性和耐腐蝕性。但是，如前所述，粗糙度過高，是起始粗糙度的兩 倍、三倍或者甚至四倍的數(shù)值。因此，將零件從裝料支架取下，并拋光。在此，利用拋光圓 盤、拋光帶，通過用玻璃珠噴射或者通過在振動拋光機中用拋光石磨光，從而在經(jīng)氧化的表 面上再次產(chǎn)生大約Rz = 1 P m或者更低的符合要求的粗糙度。但是通過所述拋光會去除一部分耐腐蝕的鈍化層，從而導(dǎo)致在經(jīng)過一次氧化和拋 光之后殘留的層的耐腐蝕性不再滿足要求。因此，再一次將經(jīng)滲氮、氧化和拋光的零件安裝 在裝料支架上，并引入氧化性鹽熔體中歷時15至60分鐘，通常為30分鐘。在此，將通過拋 光損害的表面重新氧化，并進行準(zhǔn)(擬)修復(fù)。在與第一次氧化相同的氧化熔體中進行第 二次氧化。在該第二次氧化中，因為孔已經(jīng)被氧化，而且連接層的尖端已經(jīng)被去除，所以不 會明顯提高粗糙度。在第二次氧化之后，再次將零件在水中浸冷，可能利用氈輪或織巾在不 使用研磨介質(zhì)的情況下擦凈，或者清除水斑和附著的表面污物，并加油。然后其是安裝完畢 的。該方法在技術(shù)上稱作QPQ法。縮寫代表淬火_拋光-淬火。在此，“Q”均代表在氧化 性鹽熔體中氧化。該方法在氣壓彈簧的球形萬向節(jié)銷釘或連桿的情況下獲得突出的耐腐蝕性以及 粗糙度值Rz < 1. 5 ym，通常甚至低于0.7 ym的足夠光滑且耐磨的表面。但是，該目前在大規(guī)模上通常的方法具有重大的經(jīng)濟上的缺點。在氧化表面之后， 必須將零件從裝料支架取下，并設(shè)置在拋光機上。在拋光之后，必須重新清潔部件，并通常 以手工操作再一次將其安裝在裝料支架上，從而在QPQ方法流程中送至第二次氧化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是基于以下目的，提供用于產(chǎn)生經(jīng)滲氮或碳氮共滲的具有低粗糙度的耐腐 蝕表面的零件的合理的方法。根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案，用于產(chǎn)生經(jīng)滲氮或碳氮共滲的鋼制零件的粗糙度輪 廓高度Rz > 1. 5 y m的耐腐蝕表面的方法包括以下方法步驟對經(jīng)滲氮或碳氮共滲的零件 的表面進行氧化作為第一氧化步驟，在緊接著的氧化步驟中對零件表面進行至少一次第二
6氧化，在最后一次氧化之后緊接著的最終方法步驟中拋光零件表面。根據(jù)本發(fā)明的第二實施方案，用于產(chǎn)生經(jīng)滲氮或碳氮共滲的鋼制零件的粗糙度輪 廓高度Rz < 1. 5 y m的耐腐蝕表面的方法包括以下方法步驟在包含鋰離子的鹽熔體中對 經(jīng)滲氮或碳氮共滲的零件的表面進行氧化，在氧化之后緊接著的最終方法步驟中拋光零件 表面。在本發(fā)明的兩個實施方案中，在經(jīng)滲氮或碳氮共滲的鋼制零件的情況下，合理產(chǎn) 生具有低粗糙度高度的耐腐蝕的表面。這是由于，零件表面的拋光僅為表面處理的最后的 方法步驟。由此，僅需將零件安裝在支架上一次，其中在該支架上不僅對零件進行滲氮或碳 氮共滲。而且還實施用于產(chǎn)生耐腐蝕表面的所有的氧化步驟，從而在將零件取下之后僅僅 必須實施作為最后的方法步驟的拋光。與現(xiàn)有技術(shù)已知的同樣獲得低粗糙度的耐腐蝕的零件表面的QPQ法不同，氧化處 理不再必須被拋光步驟中斷，從而省略了目前所需的多次安裝和取下零件。與提供在粗糙度和耐腐蝕性方面的相同結(jié)果的QPQ加工順序相比，根據(jù)本發(fā)明的 方法使加工時間縮短約25%，并且節(jié)省加工成本20至35%。本發(fā)明方法的前提是，使用在零件上形成足夠強的致密的牢固粘著的氧化物層即 化學(xué)鈍化層的適當(dāng)?shù)难趸越橘|(zhì)，以使在氧化經(jīng)滲氮或碳氮共滲的表面之后的拋光不再導(dǎo) 致耐腐蝕性的下降，從而在拋光之后不再需要氧化。本發(fā)明的第一實施方案形成QQP過程或者一般而言QnP過程，其中在滲氮或碳氮 共滲之后緊接著實施兩次或一般而言n次氧化過程(Q代表淬火)，而在最后一次氧化步驟 之后立即實施最后的拋光過程(P代表拋光)。在熔融的鹽浴(鹽熔體)中對零件表面實施碳氮共滲的情況下，有利的是可以在 與消毒反應(yīng)相結(jié)合的第一次氧化之后在另一個獨立的鹽浴中或者在強氧化性的含水的堿 性介質(zhì)中進行第二次氧化。在此，第二氧化浴的化學(xué)組成可以不同于第一氧化浴。在氣體或 等離子體促進的碳氮共滲法中，氧化性介質(zhì)通常為水蒸汽或者由水蒸汽、氧氣、空氣或二氧 化碳組成的混合物。氧化性介質(zhì)的工藝參數(shù)尤其是停留時間和溫度可以不同。產(chǎn)生可拋光 的表面的原因在于，通過依次進行的多次氧化(QrQn)使得所形成的Fe304鈍化層與工件表 面結(jié)合得越來越強，由于依次緊接著進行的多次氧化而使在Fe304中本身所包含的孔封閉。本發(fā)明的第二實施方案是QP法，即在該實施方案中僅單次氧化就可以是足夠 的。為此，強制性要求氧化性介質(zhì)是鹽熔體，并且包含濃度優(yōu)選至少為0. 25至9. 0%的鋰 離子(Li.)。所述氧化性介質(zhì)中的鋰離子濃度優(yōu)選為1至2重量％。鋰離子優(yōu)選以碳酸鋰 (Li2C03)、硝酸鋰(LiN03)或氯化鋰(LiCl)的鹽的形式引入。在氧化性介質(zhì)中存在鋰離子 時，在零件表面上不僅形成鐵氧化物(Fe304)，而且形成由Fe304與鋰的氧化物和二氧化物如 Li2Fe305、Li2Fe204和Li2Fe02組成的混合物。由混合氧化物構(gòu)成的表面是特別致密的、牢固 粘著且可拋光的表面，其允許通過拋光產(chǎn)生Rz < 1. 5 ym的最大粗糙度輪廓高度，而不會喪 失該表面的耐腐蝕性。根據(jù)本發(fā)明的方法一般適合于在鋼制零件的情況下產(chǎn)生具有低粗糙度的耐腐蝕 性零件表面。所述零件可以是液壓系統(tǒng)中的汽缸、活塞或管材。此外，所述零件還可以是氣 壓彈簧或氣動系統(tǒng)中的球頭銷釘(Kegelbolzen)、球形萬向節(jié)或連桿。下面依照附圖和實施例闡述本發(fā)明。


圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)已知的QPQ過程的流程圖。圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的QQP過程的流程圖。圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的QnP過程的流程圖。圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的QP過程的流程圖。
具體實施例方式圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)已知的用于產(chǎn)生經(jīng)碳氮共滲的鋼制零件的具有低粗糙度高 度的耐腐蝕性零件表面的QPQ法。在圖1中，如同其他的圖2至4，將以下縮寫用于所示過程的單個方法步驟。CH將零件安裝在支架上NC對零件碳氮共滲或滲氮Q、Qi至Qn 對零件氧化D-CH將零件從支架取下/取出P對零件拋光在此，圖1至4定性地顯示單個方法步驟的溫度。在圖1所示的方法中，首先將零件裝載在支架上，即安裝(CH)零件。然后對零件碳 氮共滲(NC)，并在隨后的方法步驟中進行氧化(Q)。隨后取下(D-CH)零件，即從支架取出， 從而可以在隨后的方法步驟中對零件進行拋光(P)，由此可以減少表面至小于1. 5 y m的粗 糙度高度。但是這伴隨著零件表面的耐腐蝕性的損害，因而必須再次將零件裝載在支架上 以進行后期處理，然后再次將其送至氧化處理(Q)。圖2所示為本發(fā)明方法的第一實施方案。該方法是QQP法。在第一方法步驟中， 將零件安裝(CH)在支架上。隨后對零件碳氮共滲(NC)。緊接著實施兩次氧化過程(Q)，即 在依次緊接著進行的兩個氧化步驟中對零件進行氧化。然后取下(D-CH)零件，隨后對零件 進行拋光(P)。通過拋光，對于零件表面獲得Rz < 1. 5 y m的粗糙度高度。通過兩個預(yù)先實 施的氧化步驟，在零件表面上獲得足夠強的致密的粘著性氧化層，從而不會由于拋光而明 顯損害零件表面的耐腐蝕性。因此，不再需要在拋光過程之后其他的氧化步驟，即拋光過程 是該方法最后的方法步驟。但是，由此可以避免在QPQ法中仍然需要的取下中間步驟和在 拋光過程之后的安裝中間步驟(如圖1中陰影所示)，從而顯著地節(jié)省了時間和成本。圖3中所示的本發(fā)明方法的第二實施方案是QnP過程。該方法與根據(jù)圖2的實施 方案的區(qū)別僅在于，代替兩個氧化步驟而是在對零件碳氮共滲之后立即實施n個氧化步驟 (^ Qn。在該QnP過程中也省略了在根據(jù)圖1的QPQ法中仍然需要的在拋光之前的取下中 間步驟和在拋光之后的安裝中間步驟(如圖1中陰影所示)。在根據(jù)圖2和3的方法中，可以使用鹽熔體以實施所有的氧化步驟(即圖2中的 兩個Q過程及圖3中的Qr"Qn過程)。單個氧化步驟的鹽熔體可以具有不同的組成。氧化步驟的工藝條件可以相同或不 同。選擇性地，針對單個氧化步驟可以使用具有相同組成的鹽熔體，則氧化步驟在工
8藝條件尤其是停留時間和溫度方面有區(qū)別。用于在所述方法中實施氧化步驟的鹽熔體優(yōu)選由以下組分組成10-50 重量 ％ NaN030-40 重量 ％ KN030-20 重量 ％ NaN0220-70 重量 ％ NaOH0-60 重量 ％ K0H3-30 重量 ％ Na2C033-30 重量 ％ K2C030-10 重量 ％ Li2C03該鹽熔體特別優(yōu)選由以下組分組成5-15 重量 ％ NaN031-15 重量 ％ NaN0220-30 重量 ％ NaOH0-60 重量 ％ K0H20-40 重量 ％ Na2C03為了實施氧化步驟，停留時間優(yōu)選在5至120分鐘，更優(yōu)選在30至40分鐘的范圍 內(nèi)。溫度優(yōu)選在300。C至500。C，更優(yōu)選在380 V至430°C的范圍內(nèi)。在根據(jù)圖2和3的方法的一個選擇性的實施方案中，對于第一氧化步驟均可以使 用鹽熔體，而對于其他的氧化步驟可以使用強氧化性的堿性含水介質(zhì)，如Brtoier浴或類
似的介質(zhì)。
該含水介質(zhì)優(yōu)選由以下組分組成
35-60重量％水
3-15重量％NaN03
1-10重量％NaN02
0-5重量％NaCl
0-5重量％硫代硫酸鈉
30-50重量％NaOH
30-50重量％KOH
0-5重量％LiCl
0-5重量％Li具
0-5重量％Na4P207
該含水介質(zhì)特別優(yōu)選由以下組分組成
40-50重量％水
5-10重量％NaN03
1-5重量％NaN02
0. 5-2重量％NaCl
0. 5-2重量％硫代硫酸鈉
40-45重量％NaOH
9
該含水介質(zhì)在120°C至160°C，優(yōu)選135°C至140°C的溫度下保持在沸騰狀態(tài)下。在 此，對零件的處理時間在5至120分鐘的范圍內(nèi)，優(yōu)選為30分鐘。圖4所示為本發(fā)明方法以QP過程的形式的改變的實施方案。根據(jù)圖4的方法與 根據(jù)圖2的方法的區(qū)別僅在于，代替兩個氧化步驟而是僅需對零件實施一次氧化(Q)。雖然 在拋光(P)之前僅實施一次氧化步驟，但是無需在拋光之后再一次對零件進行氧化。這是因為，在根據(jù)圖4的方法中利用含有鋰離子的特殊的鹽熔體實施氧化步驟。 在此，該鹽熔體包含濃度至少為0.25至9.0%的鋰離子(Li+)。鋰離子的濃度優(yōu)選為1至2 重量％。鋰離子優(yōu)選以碳酸鋰(Li2CO3)、硝酸鋰(LiNO3)或氯化鋰(LiCl)的鹽的形式引入。 在氧化性介質(zhì)中存在鋰離子時，在零件表面上不僅形成鐵氧化物(Fe3O4),而且形成由Fe3O4 與鋰的氧化物和二氧化物如Li2Fe305、Li2Fe2O4和Li2FeO2組成的混合物。由混合氧化物構(gòu) 成的表面是特別致密的、牢固粘著且可拋光的表面，其允許通過拋光產(chǎn)生Rz < 1. 5μπι的最 大粗糙度輪廓高度，而不會喪失該表面的耐腐蝕性。包含鋰離子的鹽熔體優(yōu)選由以下組分組成
20-50重量％NaNO3
0-40重量％KNO3
0-5重量％NaNO2
20-60重量％NaOH
0-20重量％KOH
3-25重量％Na2CO3
3-15重量％K2CO3
1-30重量％Li2CO3
1-10重量％Li2NO3
1-10重量％LiCl
該鹽熔體特別優(yōu)選由以下組分組成
30-40重量％NaNO3
2重量％NaNO2
40-50重量％NaOH
3-8重量％Na2CO3
3-8重量％K2CO3
1. 5-10 重量 ％Li2CO3
0-2重量％Li2NO3
用于根據(jù)圖4的方法的鹽熔體原則上也可以用于實施在根據(jù)圖2和3的方法中的第一氧化步驟。
以下實施例用于進一步闡述根據(jù)本發(fā)明的方法。
實施例1
將104件用于氣動閥門的由材料C45制成的長度為18cm且直徑為12mm的連桿在
鈦制坩鍋中的TF1 碳氮共滲鹽浴中在所謂的Tenifer 法的標(biāo)準(zhǔn)工藝條件(氰酸鹽含量 為37. 5重量％，氰化物含量為4. 2重量％，鐵含量小于200ppm，溫度為580°C +/-5°C，熔體 中的Na+/K+比例約為20/80)下進行碳氮共滲90分鐘，從而產(chǎn)生厚度為18至21 μ m的連接層。在對原始零件進行處理之前，根據(jù)DIN EN ISO 4287對2件連桿在長度方向上的3個 不同位置測得的經(jīng)算術(shù)平均的平均粗糙度為0. 52 μ m Rz。在鹽浴碳氮共滲之后，取出2件連桿，并在水中浸冷。對于所述零件，以同樣方式 測得的粗糙度上升至Rz = 1. 82 μ m的平均值。將剩余的102件連桿在碳氮共滲之后在以下組成的氧化性鹽浴中進行處理NaNO3 10 重量 ％，NaNO2 3 重量 ％，NaOH 10 重量 ％，KOH 45 重量 ％，Na2CO3 32 重 量％。溫度為410°C，停留時間為20分鐘。將所述零件在氧化之后在水中冷卻，并干燥。其 具有暗黑色表面。取出2件連桿并進行測量。分別在3個測量點測得的粗糙度的平均值為 Rz = 2. 02 μ m。以如下方式進一步處理剩余的100件連桿利用超精細拋光機工業(yè)產(chǎn)品“Loeser”使用粒度1000的精細的剛玉砂帶拋光25 件連桿至Rz = 0. 57 μ m的粗糙度，并引入根據(jù)DIN EN IS09227的鹽水噴霧試驗中。在零 件的功能性表面上出現(xiàn)第一個銹蝕點作為失效判據(jù)。對23件連桿算術(shù)平均之后獲得的所 述連桿的平均耐用度為72小時，其中沒有連桿超過196小時的獨立耐用度，在196小時之
后停止試驗。利用相同的拋光機對25件連桿進行研磨至粗糙度為Rz = 0.57μπι，但是然后再 一次安裝，并引入上述的氧化性鹽浴中，再一次在420°C下進行氧化30分鐘，然后重新在 水中冷卻，并干燥。該方法對應(yīng)于根據(jù)圖1的QPQ過程。如此處理的連桿的平均粗糙度為 0. 67ym Rz，并送至鹽水噴霧試驗。對23件連桿測量并算術(shù)平均獲得的所述連桿的平均耐 用度為496小時，其中個別連桿的耐用度為720小時(30天)，在720小時的時候停止試驗。 在求平均的情況下，所述連桿的耐用度采用720小時。在功能性表面上出現(xiàn)第一個銹蝕點 作為失效判據(jù)。在第一氧化之后將50件連桿放置在裝料支架上，隨后引入以下組成的第二氧化 性鹽熔體中NaNO3 30 重量 ％，NaNO2 2 重量 ％，NaOH 39 重量 ％，Na2CO3 20 重量 ％，Li2CO3 9 重 量％，在425°C的溫度下氧化35分鐘，然后在水中浸冷，并干燥。如此處理的連桿的平均粗 糙度為Rz = 2. 14 μ m。利用超精細拋光機工業(yè)產(chǎn)品“Loeser”使用精細的砂帶拋光如此處 理的連桿至Rz = 0. 62 μ m的平均粗糙度。該方法對應(yīng)于本發(fā)明根據(jù)圖2的QQP過程。然后將所述連桿引入根據(jù)DIN EN ISO 9227的鹽水噴霧試驗中。在功能性表面上 出現(xiàn)第一個銹蝕點作為失效判據(jù)。對48件連桿算術(shù)平均之后獲得的所述連桿的平均耐用 度為498小時，在720小時的時候停止試驗，在試驗中仍有2件連桿未發(fā)現(xiàn)銹蝕點。在求平 均的情況下，這2件連桿的耐用度采用720小時。該實施例表明，與被拋光中斷的兩次氧化處理相比，依次對經(jīng)碳氮共滲的表面實 施兩次氧化并在最后才進行拋光的方法流程在鹽水噴霧試驗中顯示出相同或者甚至更佳 的耐腐蝕性。實施例2將27件用作氣壓彈簧中的連桿的由材料C35制成的長度為27cm且直徑為8mm 的連桿在鈦制坩堝中的TF1 碳氮共滲鹽浴中在以下根據(jù)所謂的Tenifer 法的工藝條 件(氰酸鹽含量為37. 5重量％，氰化物含量為4. 2重量％，鐵含量小于200ppm)下在
116000C +/"50C的溫度下進行碳氮共滲60分鐘，從而產(chǎn)生厚度為18至22 μ m的連接層。在對 原始零件進行處理之前，根據(jù)DIN EN ISO 4287對2件連桿在長度方向上的3個不同位置 測得的經(jīng)算術(shù)平均的平均粗糙度為0.62 μ m Rz0將所述連桿從碳氮共滲鹽浴取出，并在含 有鋰的氧化性鹽浴中于430°C下氧化45分鐘，其中該熔體由以下組分組成NaNO3 30 重量 ％，NaNO2 2 重量 ％，NaOH 45 重量 ％，KOH 5 重量 ％，Na2CO3 5 重 量％，1(20)3 5重量％，Li2C03 5重量％，LiN03 3重量％。如此處理的連桿在水中冷卻及清洗 之后具有Rz = 2. 68 μ m的平均粗糙度。首先對其用平均粒徑為75 μ m的玻璃珠在1. 5bar 的壓力下進行噴射，然后在拋光機工業(yè)產(chǎn)品“Loeser”上使用粒度1000的砂帶極精細地拋 光至Rz = 0. 66 μ m的平均粗糙度。該方法的改變的實施方案對應(yīng)于根據(jù)圖4的方法。然后 將所述連桿引入根據(jù)DIN EN ISO 9227的鹽水噴霧試驗中。在表面上出現(xiàn)第一個銹蝕點作 為失效判據(jù)。對25件連桿算術(shù)平均之后獲得的所述連桿的平均耐用度為420小時，在720 小時的時候停止試驗，在試驗中仍有1件連桿未發(fā)現(xiàn)銹蝕點。在求平均的情況下，所述連桿 的耐用度采用720小時。該實施例表明，在使用適當(dāng)?shù)暮袖嚨柠}熔體以氧化零件表面時，簡單的氧化已 經(jīng)足以產(chǎn)生所期望的可拋光的耐腐蝕的表面。實施例3如同實施例(2)，將27件用作氣壓彈簧中的連桿的由材料C35制成的長度為27cm 且直徑為8mm的連桿在鈦制坩堝中的TF1 碳氮共滲鹽浴中在以下根據(jù)所謂的Tenifer 法的工藝條件(氰酸鹽含量為37. 5重量％，氰化物含量為4. 2重量％，鐵含量小于200ppm) 下在600°C +/"5°C的溫度下進行碳氮共滲60分鐘，從而產(chǎn)生厚度為18至22 μ m的連接層。 如同實施例(2)，在對原始零件進行處理之前，根據(jù)DIN EN ISO 4287對2件連桿在長度方 向上的3個不同位置測得的經(jīng)算術(shù)平均的平均粗糙度為0. 62 μ m Rz。將所述連桿從碳氮共 滲鹽浴取出，并在具有以下組成的含有鋰的氧化性鹽浴中于430°C下氧化45分鐘NaNO3 30 重量 ％，NaNO2 1 重量 ％，NaOH 40 重量 ％，KOH 5 重量 ％，Na2CO3 10 重 量％，K2CO3 5重量％，Li2CO3 8重量％，然后在水中浸冷。將仍然潮濕的連桿進一步在沸 騰的氧化性介質(zhì)中在142°C下繼續(xù)氧化25分鐘，其中含水的介質(zhì)由以下組分組成水39重 量％，NaNO3 10 重量％，NaNO2 3 重量％，NaCl 1 重量％，Na2S2O3 1 重量％，NaOH 45 重量％， LiNO3 1重量％，然后取出，洗滌及干燥。然后將所述連桿在拋光機工業(yè)產(chǎn)品“Loeser”上使 用粒度1000的砂帶極精細地拋光至Rz = 0. 72 μ m的平均粗糙度。該方法的改變的實施方 案對應(yīng)于根據(jù)圖2的方法。然后將經(jīng)拋光的連桿引入根據(jù)DIN EN ISO 9227的鹽水噴霧試 驗中。在表面上出現(xiàn)第一個銹蝕點作為失效判據(jù)。對25件連桿算術(shù)平均之后獲得的所述 連桿的平均耐用度為414小時，在500小時的時候停止試驗，在試驗中仍有1件連桿未發(fā)現(xiàn) 銹蝕點。在求平均的情況下，所述連桿的耐用度采用500小時。TF1 和Tenifer 是曼海姆的Durferrit有限公司的注冊商標(biāo)。
1權(quán)利要求
用于產(chǎn)生經(jīng)滲氮或碳氮共滲的鋼制零件的粗糙度輪廓高度Rz≤1.5μm的耐腐蝕表面的方法，其包括以下方法步驟對經(jīng)滲氮或碳氮共滲的零件的表面進行氧化作為第一氧化步驟，在緊接著的氧化步驟中對零件表面進行至少一次第二氧化，在最后一次氧化之后緊接著的最終方法步驟中拋光零件表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在實施多于2次氧化的情況下，所有的氧化步 驟是依次緊接著進行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，均使用鹽熔體以實施所有的氧化步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，用于氧化步驟的鹽熔體具有不同的組成，而氧 化步驟的工藝條件是相同或不同的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，用于氧化步驟的鹽熔體具有相同的組成，但是 氧化步驟的工藝條件是不同的。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5之一的方法，其特征在于，用于實施氧化步驟的鹽熔體由以下組 分組成10-50 重量 ％ NaNO3 0-40 重量 ％ KNO3 0-20 重量 ％ NaNO2 20-70 重量 ％ NaOH 0-60 重量 ％ KOH 3-30 重量 ％ Na2CO3 3-30 重量 ％ K2CO30-10重量 ％ Li2CO30
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，所述鹽熔體由以下組分組成 5-15 重量 ％ NaNO31-15重量 ％ NaNO2 20-30 重量 ％ NaOH0-60重量 ％ KOH 20-40 重量 ％ Na2C03。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7之一的方法，其特征在于，為了利用鹽熔體實施氧化步驟，停留 時間為5至120分鐘，優(yōu)選為30至40分鐘，而溫度為300 V至500 V，優(yōu)選為380 V至430 V。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，使用鹽熔體以實施第一氧化步驟，均使用 強氧化性的堿性含水介質(zhì)，尤其是Brtoier浴或類似Brtoier浴的介質(zhì)的形式，以實施后續(xù) 的氧化步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于，所述強氧化性的堿性含水介質(zhì)由以下組分組成35-60重量％水 3-15 重量 ％ NaNO31-10重量 ％ NaNO2 0-5 重量 ％ NaCl0-5重量％ 硫代硫酸鈉.30-50 重量 ％ NaOH 30-50 重量 ％ KOH 0-5 重量％ LiCl 0-5 重量 ％ Li2NO3.0-5Mfi % Na4P207。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，所述強氧化性的堿性含水介質(zhì)由以下組分 組成40-50重量％水 5-10 重量 ％ NaNO3.1-5重量 ％ NaNO2 0.5-2 重量 ％ NaCl 0.5-2重量％硫代硫酸鈉 40-45 重量 ％ NaOH。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的方法，其特征在于，所述強氧化性的堿性含水介質(zhì)在 120°C至160°C，優(yōu)選135°C至140°C的溫度下保持在沸騰狀態(tài)下，而在沸騰的介質(zhì)中對零件 的處理時間為5至120分鐘，優(yōu)選為30分鐘。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12之一的方法，其特征在于，使用含有鋰離子的鹽熔體以實施第 一氧化步驟，使用其他的鹽熔體或強氧化性的堿性含水介質(zhì)以實施其他的氧化步驟。
14.用于產(chǎn)生經(jīng)滲氮或碳氮共滲的鋼制零件的粗糙度輪廓高度Rz< 1. 5 μ m的耐腐蝕 表面的方法，其包括以下方法步驟在包含鋰離子的鹽熔體中對經(jīng)滲氮或碳氮共滲的零件 的表面進行氧化，在氧化之后緊接著的最終方法步驟中拋光零件表面。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14的方法，其特征在于，用于實施第一氧化步驟或單個氧化步 驟的鹽熔體包含濃度為0. 25重量％至9. 0重量％，優(yōu)選1重量％至2重量％的鋰離子。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于，所述包含鋰離子的鹽熔體由以下組分組成 20-50 重量 ％ NaNO3.0-40 重量 ％ KNO3 0-5 重量 ％ NaNO2 20-60 重量 ％ NaOH.0-20重量 ％ KOH 3-25 重量 ％ Na2CO3 3-15 重量 ％ K2CO3.1-30重量 ％ Li2CO3 1-10 重量 ％ Li2NO3 1-10 重量％ LiCl。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，所述包含鋰離子的鹽熔體由以下組分組成 30-40 重量 ％ NaNO3.2 重量 ％ NaNO2 40-50 重量 ％ NaOH 3-8 重量 ％ Na2CO33-8 重量 ％ K2CO3 1.5-10 重量 ％ Li2CO30-2 重量 ％ Li2NO30
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17之一的方法獲得的具有粗糙度輪廓高度Rz < 1. 5 μ m的經(jīng)氧 化的表面的經(jīng)碳氮共滲或滲氮的鋼制零件，其中所述零件是液壓系統(tǒng)中的汽缸、活塞或管 材，或者是作為氣壓彈簧或氣動系統(tǒng)中的組件的球頭銷釘或球形萬向節(jié)或連桿。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生經(jīng)滲氮或碳氮共滲的鋼制零件的粗糙度輪廓高度Rz≥1.5μm的耐腐蝕表面的方法，其包括以下方法步驟對經(jīng)滲氮或碳氮共滲的零件的表面進行氧化作為第一氧化步驟，在緊接著的氧化步驟中對零件表面進行至少一次第二氧化，在最后一次氧化之后緊接著的最終方法步驟中拋光零件表面。
文檔編號C23C8/32GK101896632SQ200880120768
公開日2010年11月24日 申請日期2008年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月13日
發(fā)明者U·鮑迪斯 申請人:杜費里特有限責(zé)任公司