專利名稱：低溫鹽浴釩氮硫共滲工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬化學(xué)熱處理領(lǐng)域。
機械工程中普通存在摩擦磨損失效方面的問題，機械零、部件相對運動的摩擦副之間發(fā)生的摩擦磨損具有廣泛的代表性。為了解決機械零件存在的這類問題，人們在材料和材料表面處理方面進(jìn)行了許多研究工作，以改善相關(guān)零件的摩擦學(xué)特性。例如采用化學(xué)熱處理方法，可在機械零件表面形成具有新的耐磨、減摩特性的滲層，從而提高機械零部件的使用壽命。
中國機械工程學(xué)報(V.123，NO、1，1987 P55-62)發(fā)表的胡以正等研究的無污染硫氮碳共滲所工藝，對45鋼而言，所得滲層硬度≤HV0.05650，有很好的減摩，抗咬死和耐粘著磨損特性，但抗磨料磨損性差;已知的滲釩層硬度非常高，一般可達(dá)HV0.051800-2500，有很好的抗磨料磨損特性，但耐粘著磨損性差，并且已有的滲釩工藝均在800-1000℃的高溫下進(jìn)行，如日本新井透等人進(jìn)行的研究工作(見日本“熱處理”雜志15卷1號P8-16，昭和50年2月)，由于處理溫度高，所以工件變形較大，其應(yīng)用受到限制。
本發(fā)明的目的是開發(fā)一種能在低溫實施的、兼具抗磨料磨損和耐粘著磨損、減摩、抗咬死等綜合摩擦學(xué)特性的化學(xué)熱處理滲層。為此，提出本發(fā)明低溫鹽浴釩氮硫共滲工藝。
本發(fā)明釩氮硫共滲工藝的特征在于共滲鹽由含釩基鹽(代號FJ，即工作鹽)和再生鹽(代號ZS)組成，該含釩基鹽包括含釩化合物，尿素，堿金屬碳酸鹽，鹵素化合物，含硫化合物和還原劑;該再生鹽包括釩化合物，尿素和鹵素化合物。所說的作為工作鹽浴的含釩基鹽的成分范圍，按重量%是(NH2)2CO 25-50%Na2CO320-30%K2CO315-25%Li2CO32-8%NaF+NaCl5-11%釩化合物+硫化合物1-5%+還原劑其中還原劑為鋁和/或稀土。
所說的再生鹽的成分范圍，按重量%是尿素65-85%釩化合物10-20%鹵素化合物5-20%共滲處理溫度為530-600℃。采用普遍外熱式坩堝熱處理爐即可對工件進(jìn)行共滲處理。根據(jù)熔鹽重量和工件裝爐量等具體情況，每連續(xù)或累計工作12～36小時，用再生鹽調(diào)整工作鹽浴一次，以保持工作鹽浴必要的活性。
按本發(fā)明共滲工藝處理的W18Cr4V高速鋼刀具，滲層硬度HV0.05≥1400，處理的45＃鋼工件，滲層硬度HV0.05≥920，該共滲層經(jīng)X射線衍射分析，確有含釩相存在，用電子掃描檢測的釩、氮、硫元素分布示于圖1。
按本發(fā)明獲得的釩氮硫共滲層具有優(yōu)良的減摩、耐粘著磨損、抗磨料磨損、抗擦傷、抗咬死等綜合摩擦學(xué)特性，并且對與其配副的未經(jīng)表面處理的偶件有顯著的保護(hù)作用，亦即使配副件磨損量降低，減摩性能提高。
本發(fā)明的優(yōu)點是1.處理溫度低，工件基體無相變且尺寸和幾何形狀的變化量很小;
2.共滲鹽浴中的CN-濃度可控制在0.4%以下，能實現(xiàn)無污染作業(yè);
3.與硫氮碳共滲層相比較，由于釩的滲入而大幅度提高了滲層硬度;
4.滲層的減摩，耐粘著磨損、抗磨料磨損、抗擦傷、抗咬死等綜合摩擦字性能優(yōu)良。


圖1是用電子掃描檢測繪出的本發(fā)明之共滲層的釩氮與硫的分布。
圖1-a是釩元素線掃描;
圖1-b是氮元素線掃描;
圖1-c是硫元素線掃描。
實施例1處理材料45鋼鹽浴成分
(NH2)2CO 30-40%Na2CO325%K2CO318%Li2CO35%NaF+NaCl10%釩化合物+硫化物+還原劑4%處理工藝580℃×4小時結(jié)果滲層化合物層深18μm，擴散層深度≥0.6mm，化合物層硬度HV0.05945實施例2處理材料W18Cr4V鹽浴成分(NH2)2CO 25-35%Na2CO330%K2CO320%Li2CO36%NaF+NaCl10%釩化合物+硫化物+還原劑4%處理工藝560℃×4小時結(jié)果滲層化合物層深10μm，擴散層深度≥0.1mm，化合物層硬度HV0.051450。
實施例3
處理材料HT20-40鹽浴成分(NH2)2CO 32-40%Na2CO320%K2CO322%Li2CO37%NaF+NaCl8%釩化合物+硫化物+還原劑3%處理工藝550℃×4小時結(jié)果滲層化合物層深12μm，擴散層深≥0.1mm，化合物層硬度HV0.05920。
權(quán)利要求
1.一種釩氮硫化學(xué)熱處理共滲工藝，其特征在于共滲鹽由含釩基鹽和再生鹽組成，并在低溫進(jìn)行共滲處理，該含釩基鹽包括含釩化合物、尿素，堿金屬碳酸鹽，鹵素化合物，含硫化合物和還原劑；再生鹽包括釩化合物，尿素和鹵素化合物。
2.按權(quán)利要求1所說的共滲工藝，其特征在于含釩基鹽的成分范圍按重量%是(NH2)CO 20-50%，Na2CO320-30%，K2CO315-25%，Li2CO32-8%，NaF+NaCl5-11%，釩化合物+硫化合物+還原劑1-5%;再生鹽的成分范圍按重量%是尿素65-85%，釩化合物10-20%，鹵素化合物5-20%。
3.按權(quán)利要求1或2所說的共滲工藝，其特征在于該還原劑為鋁和/或稀土。
4.按權(quán)利要求1所說的共滲工藝，其特征在于共滲溫度范圍為530-600℃。
全文摘要
本發(fā)明是一種能在600℃以下，使工件在基體無相變前提下實現(xiàn)釩氮硫共滲的低溫鹽浴化學(xué)熱處理新工藝。除最終回火溫度低于530℃的鋼種外，可處理其它任何牌號的鋼鐵工件，并使其獲得優(yōu)良的耐粘著磨損、耐磨粒磨損、減摩、抗咬死及抗疲勞性能，應(yīng)用面寬廣。此外，本發(fā)明還具有處理的工件變形很小、設(shè)備簡單、能耗低和實現(xiàn)了無污染作業(yè)等特點。
文檔編號C23C12/02GK1041978SQ8910812
公開日1990年5月9日 申請日期1989年10月21日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月21日
發(fā)明者趙源, 胡以正, 韋習(xí)成 申請人:機械電子工業(yè)部武漢材料保護(hù)研究所