專利名稱：鈦上鍍氮化物層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在由鈦和鈦合金構(gòu)成的工件上，通過在加壓和500℃以上溫度下，用氨或含氨氣體混合物對工件進行熱化學處理的氮化物層鍍覆方法。
作為結(jié)構(gòu)材料，鈦比鋼具有某些優(yōu)點，即比重小、耐腐蝕及強度高。另一方面，則由于其硬度較低而需要進行表面處理來提高耐磨性。這種表面處理通常是形成碳化鈦或氮化鈦層。迄今，對由鈦和鈦合金構(gòu)成的工件進行氮化的已知方法包括，使用高能氣體或電磁場。這些方法非常昂貴，而且只能用于幾何形狀簡單的工件。
在聯(lián)邦德國專利說明書DE-PS1796212中，提到了在氨氣氛中，于較高溫度和常壓下，通過生成氮化物層的鈦表面硬化方法。
盡管這一方法旨在制備相當厚的硬覆層，但由于牽涉到氫擴散使工件中心部分變脆，而根本不合實用。
EP-A-0105835提及一種在鈦和鈦合金構(gòu)成的工件上制備氮化物層的方法，該方法是在高壓釜中，將這類工件暴露于壓力至少10MPa和溫度至少200℃的氨氣氛來進行的。在此情況下，氨必須很純。這種氮化，優(yōu)先在90-130MPa壓力及930-1000℃溫度下進行。該方法的缺點是，由于使用高壓釜和很純的氨而非常昂貴，并且在三小時或三小時以上的時間后，僅能得到20μm厚的覆層。
因而，本發(fā)明的目的是要研制一種在由鈦和鈦合金構(gòu)成的工件上，于加壓和500℃以上溫度下，通過用氨或含氨氣體混合物對這些工件進行熱化學處理，來鍍覆氮化物層的方法，該方法不但經(jīng)濟，而且可以在相當短的時間內(nèi)形成20μm或更厚的氮化物層。
按照本發(fā)明，通過在500-1000℃溫度及0.2-10MPa壓力下(在該情況下氨分壓至少必須為0.2MPa)進行處理而達到了這一目的。
溫度為700-950℃和壓力為0.5-7MPa(在此情況下氨分壓要須至少為0.2MPa)已被證明特別有利。
使用這種加壓處理，可以在箱式爐中向任何形狀和尺寸的鈦和鈦合金部件提供20μm或20μm以上足夠厚的氮化物層。意外的是，根本不需極其純的氣體，正常商業(yè)級的氨即已足夠。此外，可以將氮與氨混合，在該情況下，進行氮化處理僅需要至少為0.2MPa的氨分壓。
在廣泛的壓力范圍內(nèi)，所生成的氮化鈦層厚度，取決于溫度和處理的持續(xù)時間。處理后的表面為金色，并使硬度顯著提高。在壓力高于6MPa范圍時，覆層的厚度幾乎與壓力無關(guān)。
曲線圖表明，純鈦工件上氮化鈦層的生成量，是含氨氣氛壓力和溫度的函數(shù)。
甚至在500℃溫度時，例如在2MPa(＝20巴)絕對壓力下，1小時后測得10μm厚的TiN層。在880℃下，此時生成20μm的純TiN層。
在6MPa(＝60巴)壓力時，例如若將樣品在880℃下保持1小時，則生成30μm的TiN層。
壓力進一步增至9MPa(＝90巴)時，壓力對TiN層厚度的影響減小。厚度增加不再成線性。在甚至更高的壓力下，由于迅速形成致密的TiN層，只有氮透過該層的擴散才是決定時間的因素。
按處理純鈦的同樣方法，也可以將鈦合金，例如TiAl6V4氮化。
這些鍍覆方法，根本不需高壓釜，而處理卻可以在標準工業(yè)箱式爐中進行。
權(quán)利要求
1.在由鈦和鈦合金構(gòu)成的工件上，通過在加壓和溫度高于500℃時，用氨或含氨氣體混合物對此種工作進行熱化學處理的氮化物層鍍覆方法，其特征在于，該處理在500-1000℃溫度和0.2-10MPa下進行，同時氨分壓須至少為0.2MPa。
2.權(quán)利要求1所述的氮化物層鍍覆方法，其特征在于，該處理在700-950℃溫度和0.5-7MPa壓力下進行，同時氨分壓須至少為0.2MPa。
全文摘要
一種在鈦和鈦合金上鍍覆氮化物層的實用方法。通過在氨氣氛中加壓氮化，在短時間內(nèi)得到20μm厚度的覆層。為此，必需使溫度為500-1000℃，壓力為0.2-10MPa。
文檔編號C23C8/24GK1057866SQ90110418
公開日1992年1月15日 申請日期1990年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月4日
發(fā)明者弗里德里克·普萊斯爾 申請人:底古薩股份公司