以納米結(jié)構(gòu)碳作為助滲劑向鋼鐵材料滲金剛石的方法
【專利摘要】以納米結(jié)構(gòu)碳作為助滲劑向鋼鐵材料滲金剛石的方法，其工藝步驟如下：準(zhǔn)備足夠量的主滲劑金剛石，計算主滲劑金剛石的工藝消耗量；按工藝消耗主滲劑金剛石量的3‰―8‰選取納米結(jié)構(gòu)碳助滲劑的量；將經(jīng)過分散液分散過的助滲劑和金剛石放在一起均勻混合后備用；將混合好的金剛石和助滲劑的混合料均勻涂在工件表面上；向涂有金剛石和助滲劑混合料的表面上蓋一層10mm的主滲劑金剛石；將裝有工件的容器放入須有保護(hù)氣體的箱式或井式爐中；升溫到900―1550攝氏度的溫度后開始保溫1―50小時；待工件達(dá)到室溫后將工件從爐中取出。本發(fā)明具有滲透快，滲層深，硬度高，耐磨性好的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】以納米結(jié)構(gòu)碳作為助滲劑向鋼鐵材料滲金剛石的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬表面熱處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及以納米結(jié)構(gòu)碳作為助滲劑向鋼鐵材料滲金剛石的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在當(dāng)今世界上，使用最廣泛的金屬材料就是鋼鐵，而現(xiàn)有鋼種的性能是固定的，t匕如低碳合金鋼，硬度低而塑性比較好，如20Cr2Ni4A ;但不能滿足廣泛領(lǐng)域的需要，如軸承領(lǐng)域。于是科技工作者就發(fā)明了一些特殊的表面熱處理的方法，如滲碳、滲氮、滲釩等技術(shù)來改變鋼材的硬度、耐磨性和防腐性等，以滿足工程上對這些材料性能的需求。
[0003]但是，上述的鋼材表面熱處理的方法仍有很多不足之處。如滲碳工藝周期長，5mm的滲層要滲110個小時，而硬度永遠(yuǎn)小于等于HRC63度；滲氮、滲釩等工藝雖然滲層硬度高，但不耐沖擊；而且滲層薄，工件受大的震動或沖擊滲層就會脫落，導(dǎo)致工件失效。如果需要在工件表面上有10 — 20mm深的滲層，世界現(xiàn)有的熱處理方法根本無法解決。本發(fā)明提供的以納米結(jié)構(gòu)碳作為助滲劑滲金剛石的方法就能解決上述難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種滲透快，滲層深，硬度高，耐磨性好的以納米結(jié)構(gòu)碳作為助滲劑向鋼鐵材料滲金剛石的方法。
[0005]采用的技術(shù)方案是:
以納米結(jié)構(gòu)碳作為助滲劑向鋼鐵材料滲金剛石的方法，其工藝步驟如下:
(1)準(zhǔn)備足夠量的主滲劑金剛石，其工藝消耗量按以下方式計算:
W = 7.8 * (K.S.H)
式中:S是需要滲金剛石工件和金剛石直接接觸的表面積，dm2 ；
H是滲金剛石所需的滲入深度，dm ；
K是計算系數(shù)，依S和H的變化大小而定，3%o -11%。；
W是滲金剛石的工藝消耗量，kg ；
(2)按工藝消耗主滲劑金剛石量的3%。一8%。選取納米結(jié)構(gòu)碳助滲劑的量，并經(jīng)分散液處理；
(3)將經(jīng)過分散液分散過的納米結(jié)構(gòu)碳助滲劑和主滲劑金剛石(W)放在一起均勻混合后備用;
(4)將工件清洗干凈放入焊好的容器內(nèi)；
(5)將混合好的主滲劑金剛石和納米結(jié)構(gòu)碳助滲劑的混合料均勻涂在工件表面上；
(6)向涂有主滲劑金剛石和納米結(jié)構(gòu)碳助滲劑混合料的表面上蓋一層IOmm的主滲劑金剛石；
(7)將裝有工件的容器放入須有保護(hù)氣體的箱式或井式爐中，或真空爐中；
(8)根據(jù)爐中工件鋼種不同升溫到900— 1550攝氏度的溫度后開始保溫；(9)保溫時間達(dá)到I一50小時后關(guān)閉電源；
(10)待工件達(dá)到室溫后將工件從爐中取出；
(11)把工件表面的金剛石除凈后以備重復(fù)使用；
(12)將滲完金剛石的工件送去熱處理。
[0006]上述的主滲劑金剛石的粒度須大于等于0.5nm,小于等于20 μ m。
[0007]上述的納米結(jié)構(gòu)碳助滲劑的粒度須大于等于0.5nm,粒度或長度小于等于20 μ m。
[0008]上述的納米結(jié)構(gòu)碳可以是無定型碳、石墨、納米碳管、富勒烯混合物，也可是一種單體，或是兩種單體的混合物。
[0009]本發(fā)明獲得的有益效果是:
1.滲透快，一小時能滲2mm深；
2.滲層深，根據(jù)工藝需求，滲層可達(dá)數(shù)十毫米深；
3.硬度高，以Crl2MoV為例硬度可達(dá)HRC69.5度；
4.耐磨性好，以現(xiàn)有泵車上用的眼鏡板為例，以前是在眼鏡板上焊接硬質(zhì)合金塊做磨料，現(xiàn)在用本發(fā)明的方法對40Cr滲金剛石經(jīng)熱處理后其耐磨性和使用壽命均超過硬質(zhì)合金，而價格僅為硬質(zhì)合金的四分之一至八分之一。
實(shí)施例
[0010]以切割環(huán)為例，其整個工藝過程是:
首先準(zhǔn)備好粒度須大于等于0.5nm,小于等于20 μ m主滲料金剛石1.2kg,再按公式計算金剛石工藝的消耗量W，計算時取S = 1.2dm2，H = 0.8dm, K = 8%。，代入公式W = 7.8 * (K.S.H) = 7.8 * (1.2 * 0.8 * 0.008) = 0.06kg得主滲劑金剛石工藝消耗量:0.06kg。計算納米結(jié)構(gòu)碳助滲劑的消耗量:0.06X0.003得納米結(jié)構(gòu)碳助滲劑的消耗量為0.00018kg,取0.00018kg粒度須大于等于0.5nm,粒度或長度小于等于20 μ m的石墨與納米碳管混料用分散液進(jìn)行分散處理，分散后與0.06kg的主滲劑金剛石均勻混合，將混合均勻的納米結(jié)構(gòu)碳助滲劑和主滲劑金剛石均勻地涂抹在切割環(huán)的上下表面上。取0.6公斤金剛石放在容器底部鋪平，將涂有主滲劑金剛石和納米結(jié)構(gòu)碳助滲劑的混合料的切割環(huán)放在容器內(nèi)，將剩余金剛石均勻蓋在切割環(huán)上，達(dá)IOmm以上。把容器放在箱式爐內(nèi)，接通電源，電爐升溫，溫度達(dá)到攝氏1080度后開始保溫，保溫12小時以后切斷電源，待電爐降到室溫時將切割環(huán)取出，把切割環(huán)上的金剛石清除干凈，將滲完金剛石的切割環(huán)淬火后低溫回火?；鼗鸷蠛傅江h(huán)托件底部即可。
[0011]此環(huán)是和泵車的眼鏡板配套使用，材料是40Cr。
【權(quán)利要求】
1.以納米結(jié)構(gòu)碳作為助滲劑向鋼鐵材料滲金剛石的方法，其特征包括如下工藝步驟: (1)準(zhǔn)備足夠量的主滲劑金剛石，其工藝消耗量按以下方式計算:
W = 7.8 * (K.S.H) 式中:S是需要滲金剛石工件和金剛石逐漸接觸的表面積，dm2 ； H是滲金剛石所需的滲入深度，dm ； K是計算系數(shù)，依S和H的變化大小而定，3%o -11%。； W是滲金剛石的工藝消耗量，kg ； (2)按工藝消耗主滲劑金剛石量的3%。一8%。選取納米結(jié)構(gòu)碳助滲劑的量，并經(jīng)分散液處理； (3)將經(jīng)過分散液分散過的納米結(jié)構(gòu)碳助滲劑和主滲劑金剛石(W)放在一起均勻混合后備用; (4)將工件清洗干凈放入焊好的容器內(nèi)； (5)將混合好的主滲劑金剛石和納米結(jié)構(gòu)碳助滲劑的混合料均勻涂在工件表面上； (6)向涂有主滲劑金剛石和納米結(jié)構(gòu)碳助滲劑混合料的表面上蓋一層IOmm的主滲劑金剛石； (7)將裝有工件的容器.放入須有保護(hù)氣體的箱式或井式爐中，或真空爐中； (8)根據(jù)爐中工件鋼種不同升溫到900— 1550攝氏度的溫度后開始保溫； (9)保溫時間達(dá)到I一50小時后關(guān)閉電源； (10)待工件達(dá)到室溫后將工件從爐中取出； (11)把工件表面的金剛石除凈后以備重復(fù)使用； (12)將滲完金剛石的工件送去熱處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以納米結(jié)構(gòu)碳作為助滲劑向鋼鐵材料滲金剛石的方法，其特征在于所述的主滲劑金剛石的粒度須大于等于0.5nm,小于等于20 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以納米結(jié)構(gòu)碳作為助滲劑向鋼鐵材料滲金剛石的方法，其特征在于所述的納米結(jié)構(gòu)碳助滲劑的粒度須大于等于0.5nm,粒度或長度小于等于20 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以納米結(jié)構(gòu)碳作為助滲劑向鋼鐵材料滲金剛石的方法，其特征在于所述的納米結(jié)構(gòu)碳可以是無定型碳、石墨、納米碳管、富勒烯混合物，也可是一種單體，或是兩種單體的混合物。
【文檔編號】C23C8/66GK103469150SQ201310370930
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】楊樹桐, 賈春德, 段占強(qiáng), 張國徽, 張昆洋, 李祺 申請人:楊樹桐, 楊君