一種顯著提高齒輪耐蝕性的化學(xué)熱處理方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于金屬表面化學(xué)熱處理技術(shù)，旨在一種顯著提高齒輪耐蝕性的化學(xué)熱處理方法。該方法對(duì)離子滲氮后的齒輪進(jìn)行離子氧化處理，采用空氣作為氣源，在離子滲氮同一爐中進(jìn)行，齒輪在560℃離子滲氮后，待溫度降到350～450℃，通入空氣氧化0.25～1h。本發(fā)明在齒輪滲氮層的表面生成一層以Fe3O4為主的致密氧化膜，與同等條件下未氧化的齒輪試樣相比，離子氧化后的齒輪耐腐蝕性能得到明顯提高，氮化層表面硬度梯度明顯變緩。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，與其他氧化方法相比，不用添加任何輔助設(shè)備，氧化介質(zhì)為空氣，而且氧化溫度較低，降低了能源的消耗，具有處理成本低和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種顯著提高齒輪耐蝕性的化學(xué)熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬表面化學(xué)熱處理技術(shù)，旨在一種顯著提高齒輪耐蝕性的化學(xué)熱處
理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]齒輪具有良好的綜合性能，為滿足其表面耐磨性能，通常采用滲氮方法，主要有:
(1)離子滲氮；(2)鹽浴滲氮；(3)氣體滲氮等。離子滲氮化學(xué)熱處理中開(kāi)發(fā)最早、應(yīng)用范圍最廣的一項(xiàng)技術(shù)，具有滲層均勻，效率高，污染少，處理時(shí)間短，工件變形小等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用，已成為許多產(chǎn)品零件不可或缺的表面強(qiáng)化工藝。
[0003]但是實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，由于齒輪工作環(huán)境的復(fù)雜性，在改善齒輪表面硬度的同時(shí)，還要兼顧其表面的電化學(xué)耐蝕性能，齒輪離子滲氮后在其表面生產(chǎn)了 ε相通常是疏松多孔的，峰谷之間形成氧濃差電池，谷處缺氧容易受到腐蝕，形成孔蝕，一定程度上降低了其電化學(xué)腐蝕性能。且滲氮層較薄，脆性大，很容易脫落。為了克服以上缺陷，實(shí)際生產(chǎn)中一般采用鹽浴氧化，真空爐氧化，表面涂層等方法，氧化介質(zhì)大都為氧氣或氫氧混合，操作復(fù)雜，處理成本較高等不足之處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種操作簡(jiǎn)單且成本較低的顯著提高齒輪的耐蝕性化學(xué)熱處理方法。離子滲氮和氧化在同一離子滲氮爐中進(jìn)行，齒輪在560°C滲氮，待溫度降到350~450°C時(shí)繼續(xù)通空氣氧化0.25~Ih。與同等條件下未氧化的齒輪相比，氧化之后的齒輪耐蝕性得到明顯提高，氮化層表面硬度梯度明顯變緩。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是:一種顯著提高齒輪耐蝕性的化學(xué)熱處理方法；其特征包括如下步驟:
[0006](1)將齒輪放入離子滲氮爐中，抽真空10~20Pa真空度后，調(diào)節(jié)電壓、電流起輝，然后通入氫氣進(jìn)行離子濺射，濺射20~30min后，繼續(xù)通入氮?dú)猓{(diào)節(jié)氮?dú)夂蜌錃獗壤?br> [0007](2)待溫度達(dá)到滲氮溫度560°C時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)進(jìn)行離子滲氮，設(shè)定滲氮?dú)夥諌毫?00~400Pa，保溫時(shí)間由產(chǎn)品技術(shù)要求決定；
[0008](3)離子滲氮結(jié)束后，關(guān)閉氮?dú)夂蜌錃忾y門(mén)，待溫度降到250~400°C時(shí)，再次抽取爐內(nèi)氣壓至一定真空度，調(diào)節(jié)電壓、電流起輝，同時(shí)通入氧化氣體，設(shè)定氧化氣體流量為3-5L/min，爐內(nèi)氣氛壓力為50~150Pa，保溫時(shí)間為0.25~Ih ;
[0009](4)氧化結(jié)束后逐漸減少空氣的流量至零，將電壓、電流表示數(shù)調(diào)為零，繼續(xù)通入氮?dú)膺M(jìn)行冷卻，冷卻到室溫后將試樣取出。
[0010]上述技術(shù)方案，所述離子滲氮?dú)夥諌毫?00Pa，氮化時(shí)間由產(chǎn)品技術(shù)要求決定，通常為10~15h。
[0011]上述技術(shù)方案，所述氧化氣氛壓力為lOOPa，氧化時(shí)間為0.25~lh，氧化溫度為300°C，空氣流量為4L/min。[0012]上述技術(shù)方案，所述離子氮化后的齒輪在3.5%NaCl溶液中自腐蝕電位為-1lOOmV,經(jīng)過(guò)后續(xù)離子氧化處理后齒輪自腐蝕電位為-1000mV。
[0013]采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下積極的效果:
[0014]( I)本發(fā)明彌補(bǔ)了離子滲氮的不足之處，離子滲氮和氧化復(fù)合處理后化合物層發(fā)生調(diào)幅分解，合金氮化物彌散析出，滲氮層硬度得到不同程度的提高，進(jìn)一步提高了滲氮層的綜合性能。齒輪表面上生成一層致密的成份單一的氧化物Fe3O4,該氧化膜具有低的摩擦系數(shù)和高的化學(xué)穩(wěn)定性，改善了滲氮件表面的電化學(xué)性能，顯著提高了齒輪的耐蝕性能；
[0015](2)本發(fā)明不用添加任何輔助設(shè)備，操作簡(jiǎn)單，后氧化介質(zhì)為空氣，而且氧化溫度較低，降低了能源的消耗，具有處理成本低和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)；氧化與離子滲氮連續(xù)進(jìn)行，并且在同一離子滲氮爐內(nèi)，相比現(xiàn)有的氧化技術(shù)，該技術(shù)操作簡(jiǎn)單易行。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中
[0017]圖1為本發(fā)明離子滲氮后的齒輪在氧化溫度為300°C，氧化時(shí)間為0.25h的3.5%NaCl溶液中的動(dòng)電位極化曲線；
[0018]圖2為本發(fā)明離子滲氮后的齒輪在氧化溫度為300°C，氧化時(shí)間為0.5h的
3.5%NaCl溶液中的動(dòng) 電位極化曲線；
[0019]圖3為本發(fā)明離子滲氮后的齒輪在氧化溫度為300°C，氧化時(shí)間為Ih的3.5%NaCl溶液中的動(dòng)電位極化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明一種顯著提高齒輪耐蝕性化學(xué)熱處理方法包括如下步驟:
[0021](I)將齒輪放入離子滲氮爐中，抽真空10~20Pa真空度后，調(diào)節(jié)電壓、電流起輝，然后通入氫氣進(jìn)行離子濺射，濺射20~30min后，繼續(xù)通入氮?dú)?，調(diào)節(jié)氮?dú)夂蜌錃獗壤?br> [0022](2)待溫度達(dá)到滲氮溫度560°C時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)進(jìn)行離子滲氮，設(shè)定滲氮?dú)夥諌毫?00~400Pa，保溫時(shí)間由產(chǎn)品技術(shù)要求決定；
[0023](3)離子滲氮結(jié)束后，關(guān)閉氮?dú)夂蜌錃忾y門(mén)，待溫度降到氧化溫度250~400°C時(shí)，再次抽取爐內(nèi)氣壓至一定真空度，調(diào)節(jié)電壓、電流起輝，同時(shí)通入氧化氣體，設(shè)定氧化氣體流量為3~5L/min，爐內(nèi)氣氛壓力為50~150Pa，保溫時(shí)間為0.25~Ih ;
[0024](4)氧化結(jié)束后逐漸減少空氣的流量至零，將電壓、電流表示數(shù)調(diào)為零，繼續(xù)通入氮?dú)膺M(jìn)行冷卻，冷卻到室溫后將試樣取出。
[0025]具體包括以下三個(gè)實(shí)施例:
[0026](實(shí)施例1)
[0027]將42CrMo齒輪放入離子滲氮爐中，抽真空至一定真空度后，調(diào)節(jié)電壓、電流起輝，隨后通入氫氣進(jìn)行離子濺射，濺射一定時(shí)間后，繼續(xù)通入氮?dú)?，調(diào)節(jié)氮?dú)夂蜌錃獗壤?，使?4=1:3，待溫度達(dá)到滲氮溫度560°C時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)進(jìn)行離子滲氮，設(shè)定滲氮?dú)夥諌毫?50Pa，保溫時(shí)間為10h。離子滲氮結(jié)束后，關(guān)閉氮?dú)夂蜌錃忾y門(mén)。待溫度降到氧化溫度300°C時(shí)，再次抽取爐內(nèi)氣壓至一定真空度，調(diào)節(jié)電壓、電流起輝，同時(shí)通入空氣，設(shè)定空氣流量為4L/min，設(shè)定爐內(nèi)氣氛壓力為lOOPa，保溫時(shí)間為0.25h。氧化結(jié)束后進(jìn)行電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)前預(yù)處理，最后進(jìn)行電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)。
[0028]實(shí)驗(yàn)結(jié)果:見(jiàn)圖1，從圖中可得出自腐蝕電位較氮化后向正方向平移了 20mv，自腐蝕電流較氮化后向負(fù)方向移動(dòng)。由此可知，齒輪離子氮化后再經(jīng)空氣氧化后其耐腐蝕性得到提聞。
[0029](實(shí)施例2)[0030]將42CrMo齒輪放入離子滲氮爐中，抽真空至一定真空度后，調(diào)節(jié)電壓、電流起輝，隨后通入氫氣進(jìn)行離子濺射，濺射一定時(shí)間后，繼續(xù)通入氮?dú)?，調(diào)節(jié)氮?dú)夂蜌錃獗壤?，使?4=1:3，待溫度達(dá)到滲氮溫度560°C時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)進(jìn)行離子滲氮，設(shè)定滲氮?dú)夥諌毫?50Pa，保溫時(shí)間為10h。離子滲氮結(jié)束后，關(guān)閉氮?dú)夂蜌錃忾y門(mén)。待溫度降到氧化溫度300°C時(shí)，再次抽取爐內(nèi)氣壓至一定真空度，調(diào)節(jié)電壓、電流起輝，同時(shí)通入空氣，設(shè)定空氣流量為4L/min，設(shè)定爐內(nèi)氣氛壓力為lOOPa，保溫時(shí)間為0.5h。氧化結(jié)束后進(jìn)行電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)前預(yù)處理，最后進(jìn)行電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)。
[0031]實(shí)驗(yàn)結(jié)果:見(jiàn)圖2，從圖中可得出自腐蝕電位較氮化后向正方向平移了 IOOmv，自腐蝕電流較氮化后明顯向負(fù)方向移動(dòng)。由此可知，齒輪離子氮化后再經(jīng)空氣氧化其耐腐蝕性得到明顯提高。
[0032](實(shí)施例3)
[0033]將42CrMo齒輪放入離子滲氮爐中，抽真空至一定真空度后，調(diào)節(jié)電壓、電流起輝，隨后通入氫氣進(jìn)行離子濺射，濺射一定時(shí)間后，繼續(xù)通入氮?dú)?，調(diào)節(jié)氮?dú)夂蜌錃獗壤?，使?4=1:3，待溫度達(dá)到滲氮溫度560°C時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)進(jìn)行離子滲氮，設(shè)定滲氮?dú)夥諌毫?50Pa，保溫時(shí)間為10h。離子滲氮結(jié)束后，關(guān)閉氮?dú)夂蜌錃忾y門(mén)。待溫度降到氧化溫度300°C時(shí)，再次抽取爐內(nèi)氣壓至一定真空度，調(diào)節(jié)電壓、電流起輝，同時(shí)通入空氣，設(shè)定空氣流量為4L/min，設(shè)定爐內(nèi)氣氛壓力為lOOPa，保溫時(shí)間為lh。氧化結(jié)束后進(jìn)行電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)前預(yù)處理，最后進(jìn)行電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)。
[0034]實(shí)驗(yàn)結(jié)果:見(jiàn)圖3，從圖中可得出自腐蝕電位較氮化后向正方向平移了 30mv，自腐蝕電流較氮化后向負(fù)方向移動(dòng)。由此可知，齒輪離子氮化后再經(jīng)空氣氧化其耐蝕性得到進(jìn)一步提聞。
[0035]由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，齒輪在560°C離子滲氮10h，空氣氧化溫度為300，°C氧化時(shí)間為0.5h,自腐蝕電位最高,腐蝕電流最小,可見(jiàn)0.5h為最佳氧化時(shí)間；另外，經(jīng)過(guò)空氣氧化后的齒輪試樣的自腐蝕電位得到顯著提高，氧化后的自腐蝕電流顯著減小，可見(jiàn)空氣氧化能明顯提高齒輪的耐蝕性能，達(dá)到了操作簡(jiǎn)單，降低能源消耗，處理成本低和生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)。
[0036]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種顯著提高齒輪耐蝕性的化學(xué)熱處理方法；其特征在于:包括以下步驟: (1)將齒輪放入離子滲氮爐中，抽真空10~20Pa真空度后，調(diào)節(jié)電壓、電流起輝，然后通入氫氣進(jìn)行離子濺射，濺射20~30min后，繼續(xù)通入氮?dú)猓{(diào)節(jié)氮?dú)夂蜌錃獗壤? (2)待溫度達(dá)到滲氮溫度560°C時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)進(jìn)行離子滲氮，設(shè)定滲氮?dú)夥諌毫?00~400Pa，保溫時(shí)間由產(chǎn)品技術(shù)要求決定； (3)離子滲氮結(jié)束后，關(guān)閉氮?dú)夂蜌錃忾y門(mén)，待溫度降到250~400°C時(shí)，再次抽取爐內(nèi)氣壓至一定真空度，調(diào)節(jié)電壓、電流起輝，同時(shí)通入氧化氣體，設(shè)定氧化氣體流量為3-5L/min，爐內(nèi)氣氛壓力為50~150Pa，保溫時(shí)間為0.25~Ih ; (4)離子氧化結(jié)束后逐漸減少空氣的流量至零，將電壓、電流表示數(shù)調(diào)為零，繼續(xù)通入氮?dú)膺M(jìn)行冷卻，冷卻到室溫后將試樣取出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種顯著提高齒輪耐蝕性的化學(xué)熱處理方法，其特征在于:所述步驟(1)中氮?dú)夂蜌錃獗壤秊?:3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種顯著提高齒輪耐蝕性的化學(xué)熱處理方法，其特征在于:所述步驟(2)中氧化氣體為空氣，空氣流量為4L/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種顯著提高齒輪耐蝕性的化學(xué)熱處理方法，其特征在于:所述步驟(2)中離子滲氮爐內(nèi)氧化氣氛壓力為lOOPa，氧化時(shí)間為0.5h，氧化溫度為300°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種顯著提高齒輪耐蝕性的化學(xué)熱處理方法，其特征在于:所述齒輪材料為42CrMo。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種顯著提高齒輪耐蝕性的化學(xué)熱處理方法，其特征在于:離子氮化后的齒輪在3.5%NaCl溶液中自腐蝕電位為-1lOOmV,經(jīng)過(guò)后續(xù)離子氧化處理后齒輪自腐蝕電位為-1000mV。
【文檔編號(hào)】C23C8/36GK103789722SQ201410017775
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】胡靜, 李景才, 宋仁國(guó), 蔡劍勇, 楊星梅 申請(qǐng)人:常州大學(xué)