專利名稱：鋼的滲氮方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過在鋼表面形成滲氮層來提高其耐磨性能和其它性能的鋼的滲氮方法。
在鋼的表面形成滲氮層的鋼的滲氮或碳氮共滲方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用來改善它們的機(jī)械性能，如耐磨性能，抗磨蝕性能和疲勞強(qiáng)度，這些方法其中包括如下(a)使用熔融的氰酸鹽或氰化鹽，如NaCNO或KCN的方法(塔夫鹽浴碳氮共滲法)(b)輝光放電滲氮方法(等離子體滲氮方法)(d)用氮或含有氨和碳源的混合氣體如Rx氣體的方法(氣體滲氮或氣體軟氮化方法)。
從工作環(huán)境，廢物處理和其它觀點(diǎn)可以判斷上述其中使用了危險(xiǎn)熔融鹽的方法(a)是沒有前途的。
由于噴射的清潔作用，通過在低真空度的N2+H2氣氛下輝光放電來獲取滲氮的方法(b)對(duì)氧化膜的影響很小，但由于局部溫度的差異，趨向于產(chǎn)生不均滲氮。另外，工件的滲氮處理在很大程度上受形狀和尺寸限制，結(jié)果提高了成本，這也是這種方法的缺點(diǎn)。方法(d)也存在問題，例如處理過程不很穩(wěn)定而易產(chǎn)生不均勻滲氮另一個(gè)問題是獲得厚滲氮層需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。
一般地說，鋼的滲氮溫度不低于500℃。對(duì)于鋼表面層氮的吸收和擴(kuò)散，其理想條件為金屬表面是高活性的，且不僅沒有有機(jī)和無機(jī)雜質(zhì)，而且也沒有任何氧化膜或氧氣的吸附膜。以上提及的氧化膜如果存在，它會(huì)不利于促進(jìn)滲氮?dú)怏w氨的分解。但實(shí)際中在氣體滲氮中抑止氧化膜的形成是不可能。例如甚至在含鉻量不高的表面淬火鋼或結(jié)構(gòu)鋼的情況下，在400-500℃的NH3或NH3Rx氣氛下薄氧化膜也會(huì)形成。當(dāng)鋼中含有一種或多種對(duì)氧有高親合力的元素例如大量的鉻時(shí)，這種趨勢(shì)就會(huì)變的更加明顯。
如上所提及的氧化膜的形成在一定程度上取決于表面狀態(tài)、加工條件和其他因素，甚至在同一個(gè)同樣的工件中也會(huì)如此。結(jié)果導(dǎo)致不均勻滲氮層的形成。例如以冷制的奧氏體不銹鋼為典型甚至在加入熱處理爐前用氫氟酸和硝酸的混合物把鈍化表面層完全酸洗除去后，令人滿意的滲氮層也幾乎不可能形成。不僅在氣體軟滲氮化中，而且在只用氨的鋼滲氮或不銹鋼滲氮處理(氣體滲氮)中不均勻滲氮也會(huì)發(fā)生。此外在具有復(fù)雜幾何形狀的工件情況下，例如齒輪，甚至當(dāng)它們由普通結(jié)構(gòu)鋼制成時(shí)，普通地趨向于不均勻滲氮也是一個(gè)基本問題。
迄今提出解決上述在氣體滲氮和氣體軟滲氮中遇到的基體問題的措施和方法其中包括(1)與工件一起將氯乙烯樹酯加入爐內(nèi)的方法；(2)用CH3Cl或其類似的噴淋工件并加熱到200-300℃使HCl逸出，防止氧化物形成和同時(shí)除去氧化物的方法；以及(3)預(yù)先電鍍工件以防止氧化物形成的方法。但是這些方法沒有一個(gè)在實(shí)際中應(yīng)用。由于HCl的作用氯化物如FeCl2和FeCl3會(huì)附著在鋼的表面，但是在低于滲氮溫度下這些氯化物很易碎，且易升華或蒸發(fā)，因此不會(huì)形成氯化物層。而且以上提及的氯化物等使用起來很麻煩，爐子材料極易毀壞，盡管他們能在一定程度上能有效地防止氧化膜的形成。因此以上提及的這些方法可以說沒有一個(gè)是實(shí)用的。
如以前所述，傳統(tǒng)方法存在許多問題，如經(jīng)過滲氮前清洗處理后，無機(jī)雜質(zhì)仍會(huì)滯留表面，加工工件的氧化膜會(huì)引起不均勻滲氮等情況的發(fā)生。為了有效的解決以上問題，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)把鋼置于由氟化合物或氟(以后簡(jiǎn)略為含氟或含氟化物氣體)組成的氣氛中，在滲氮前加熱，這樣在鋼表面形成氟化物層，這種方法十分有效。這項(xiàng)發(fā)明已經(jīng)向日本專利局提出申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)枮?-177660)，在這個(gè)方法中，用含氟化物或含氟氣體的處理，在活化氟原子的作用下結(jié)合在鋼表面的有機(jī)和無機(jī)雜質(zhì)被破壞和去除所以鋼表面是清潔的。并且這些氟原子經(jīng)過與氧化膜進(jìn)行反應(yīng)形成氟化膜，這樣使鋼表面就處于氟化物膜的覆蓋和保護(hù)狀態(tài)之中在下一步的滲氮處理中氟化膜層被分解除去。同時(shí)鋼的表面處于活化狀態(tài)。于是氮原子滲透并擴(kuò)散到活化鋼表面中，迅速且均勻地形成滲氮層。但在實(shí)際操作應(yīng)用中，上述含氟化物或含氟氣體很貴且其耗量相當(dāng)大，因此滲氮本身成本高。急需要對(duì)此改進(jìn)。
為了解決以上問題，本發(fā)明提供一種用氮原子與鋼表面反應(yīng)形成一層硬滲氮層的鋼的滲氮方法。在滲氮之前先進(jìn)行如下氟化步驟(A)，(B)，或(C)；(A)將鋼置于含氟化物氣體或氟氣體及占總體積0.5-20％的空氣或占總體積0.1-4％的氧氣的氣氛中加熱；(B)將鋼置于含氟化物氣體或含氟氣體的氣氛中加熱后，再將其置于含占總體積0.5-20％的空氣或占總體積0.1-4％的氧氣氣氛中加熱；(C)將鋼置于含占總體積0.5-100％的空氣氣氛或占總體積0.1-20％的氧氣氣氛中加熱。然后再將其置于含氟化物氣體或含氟氣體氣氛中加熱。
換句話說，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)進(jìn)行了一系列的旨在改進(jìn)現(xiàn)有方法的研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在鋼滲氮處理以前，將鋼置于爐中加熱對(duì)引入含氟化物或含氟氣體進(jìn)行氟化作用，如果氟化作用在不僅是含有上述含氟化物或含氟氛而且還含有占含氟化物或含氟氣體體積0.5-20％的空氣或占其體積0.1-4％的氧氣的氣氛中進(jìn)行時(shí)，那么含氟化物或含氟氣體的消耗就會(huì)小于現(xiàn)有技術(shù)方法。而且也發(fā)現(xiàn)以上方法能提供比現(xiàn)有技術(shù)方法更好或相似的效果，在現(xiàn)有技術(shù)方法中附著在鋼表面的有機(jī)和無機(jī)雜質(zhì)由于氟原子的作用而被破壞和去除，鋼表面的氧化膜通過與氟轉(zhuǎn)變?yōu)榉?，于是鋼表面被氟化膜覆蓋并保護(hù)，在下一步的滲氮處理中氟化膜被分解去除，于是鋼表面處于活化狀態(tài)，氮原子能迅速和均勻地滲透和擴(kuò)散到鋼表面中。另外(不是必需要求)在含氟化物或含氟氣體和空氣等共同存在情況下進(jìn)行氟化處理。也就是說，將鋼置于含氟化物或含氟氣氛中加熱在鋼表面形成氟化膜時(shí)或之后，可以將上述空氣或氧氣與氮?dú)饣虬毕嗷旌希鳛榛旌蠚怏w引入爐內(nèi)的氣氛中，對(duì)鋼進(jìn)行熱處理。此外，還可以將上述空氣或氧氣與氮?dú)獾认嗷旌希鳛榛旌蠚怏w引入爐中，對(duì)鋼進(jìn)行熱處理。然后再把上述含氟化物或含氟氣體引入鋼熱處理爐中。我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)方法能提供與將含氟化物或含氟氣體連同空氣或氧氣同時(shí)引入的方法同樣的效果。
以下對(duì)本發(fā)明將作具體描述。
作為用于本發(fā)明的含氟化物或含氟氣體(一種含有氟化物氣體或氟的氣體)，在其中含有氟化物的氟化氣體，如NF3、BF3、CF4和SF6，還含有F2氣。含氟化物或含氟體一般由氟化物氣體或F2氣和它的稀釋氣體(N2氣等)組成。用于含氟化物或含氟氣體中的氟化氣體和F2氣中，NF3最適合于實(shí)際應(yīng)用，因?yàn)樗哂蟹磻?yīng)性能優(yōu)良，易于處理等優(yōu)點(diǎn)。將待處理鋼件置于上述含氟化物或含氟氣氛(如NF3)中于溫度250-600℃之間加熱。由此對(duì)其表面進(jìn)行處理然后再用常規(guī)的滲氮?dú)怏w如氨氣進(jìn)行滲氮(或碳氮共滲)處理。如前所述，上述的NF3氣體通常用氮?dú)庀♂尯笫褂?。在氟化處理過程中含氟化物或含氟氣氛中的氟化物或氟的濃度按體積標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算為1000-100000ppm(以后相同)。
本發(fā)明把以上含氟化物或含氟氣體的作用和空氣或氧氣的作用結(jié)合在一起，這樣就產(chǎn)生了顯著的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明中將空氣或氧氣與含氟化物或含氟氣體相結(jié)合有下面三個(gè)具體實(shí)施方案。第一個(gè)結(jié)合的實(shí)施方案是將空氣或氧氣引入到含氟化物或含氟氣體中并把它們混合。在該方法中將含氟化物或含氟氣體和空氣或氧氣混合時(shí)，空氣的用量為占含氟或含氟化物氣體和被混合的空氣等氣體總體積的0.5-20％。對(duì)于氧氣，其規(guī)定用量為總體積的0.1-4％。第二個(gè)實(shí)施方案是將鋼置于含氟化物或含氟氣氛中加熱，以在其表面形成氟化物膜，與此同時(shí)或之后引入混合有氮?dú)饣虬睔獾目諝饣蜓鯕獾幕旌蠚怏w，其中空氣占?xì)夥罩袣怏w總體積的0.5-20％，或氧氣占0.1-4％，第三個(gè)實(shí)施方案是在引入以上含氟化物或含氟氣體之前先引入混合有惰性氣體(如氮?dú)?的空氣或氧氣的混合氣體到爐中，把鋼置于其中加熱，然后再引入以上含氟化物或含氟氣體以在鋼表面形成氟化膜。這種情況下，在引入含氟化物或含氟氣體之前，引入爐中的空氣或氧氣量應(yīng)分別設(shè)置為占上述氣氛的總體積的0.5-100％或0.1-20％。
在以上第一和第二實(shí)施方案中，即使空氣或氧氣超出上述范圍也不會(huì)得到好的結(jié)果。在這種情況下，所用的空氣一般通過減少雜質(zhì)(如碳?xì)浠衔?、濕氣和二氧化?含量使其凈化。對(duì)于氧氣、純氧本身能被應(yīng)用、或用稀釋氣體如N2氣稀釋后的純氧也能被應(yīng)用。這種情況下純氧用量設(shè)置為總體積的0.1-4％。
鋼在上述氣氛中的處理時(shí)間可以根據(jù)鋼種、工件形狀和尺寸熱處理溫度等條件適當(dāng)選擇。處理時(shí)間通常為10分鐘到幾十分鐘將本發(fā)明的方法進(jìn)行具體描述。例如對(duì)鋼體進(jìn)行脫脂清洗，再將其置于如

圖1所示的熱處理爐1中。這個(gè)爐子1為坑爐，其中不銹鋼的內(nèi)部爐身4安裝在加熱器3的內(nèi)側(cè)，加熱器3安裝在外殼2中進(jìn)氣管5和出氣管6插入外殼2中。氣體從氣罐途經(jīng)流量表17、閥門18等進(jìn)入進(jìn)氣管5中，內(nèi)部氣氛通過電動(dòng)機(jī)7帶動(dòng)風(fēng)扇8進(jìn)行攪拌。把置于絲網(wǎng)容器11中的工件10放入爐1中。圖中標(biāo)號(hào)13為真空泵、14為凈化器。含氟化物或含氟氣體如N2和NF3的混合氣體從氣罐中引入爐內(nèi)，同時(shí)空氣也從氣罐中引入到其中，再把爐子加熱到預(yù)定反應(yīng)溫度。NF3在溫度為250-600℃范圍產(chǎn)生氟的活性基團(tuán)。它能去除滯留在表面的有機(jī)和無機(jī)雜質(zhì)，同時(shí)它還能快速和鋼表面上的Fe和Cr反應(yīng)?；蚺c氧化物如FeO，F(xiàn)e3O4和Cr2O3反應(yīng)。結(jié)果含有化合物如FeF2、FeF3、CrF2和CrF4的很薄的氟化膜在鋼表面形成，如反應(yīng)如下
，和這些氟化反應(yīng)把工件表面的氧化膜轉(zhuǎn)變?yōu)榉ぁ⒔Y(jié)果工件表面形成氟化膜。這種情況下上述氣氛中不僅包括氟化氣體或F氣，而且還包括空氣?？梢岳斫庥捎诳諝庵蠴2的存在，O2膜會(huì)在氟化膜的表面形成，這就增強(qiáng)了氟化膜。因?yàn)檫@樣O2膜強(qiáng)化了氟化膜，下一步就防止了非均勻滲氮的發(fā)生，同時(shí)降低了昂貴的氟化物和氟氣體的消耗量，于是滲氮成本的降低最終得以實(shí)現(xiàn)。
另外，除了把含氟化物或含氟氣體同時(shí)和空氣或氧化混合的方法之外，上述的氟化反應(yīng)也可以按下述方式發(fā)生。把鋼置于含氟化物或含氟氣氛的爐中加熱，然后把空氣或氧氣引入其中，形成一種含占總氣氛0.5-20％的空氣或占總氣氛0.1-4％的氧氣的氣氛鋼在此氣氛中加熱。結(jié)果能得到和同時(shí)將它們混和時(shí)同樣的效果以上提及的氟化反應(yīng)還可以通過下述方法實(shí)現(xiàn)，在引入含氟化物或含氟氣氛之前，先引入混有惰性氣體的空氣或氧氣到爐中，產(chǎn)生一種含占總氣氛0.5-100％的空氣或占總氣氛0.1-20％的氧氣的氣氛，把鋼置于此種氣氛下加熱。
隨后將已處理過的工件在非氧化性氣氛(如N2氣)下、于滲氮溫度480-700℃之間進(jìn)行加熱處理。可以推斷，如果把含有NH3或NH3和碳源(如Rx氣體)的氣體加入其中，氟化膜會(huì)被H2或微量水分還原或破壞，例如下述方程所示，于是活性金屬基體形成；和
。
如上所述，只要活性金屬基體形成，氮的活性原子被吸收，結(jié)果滲透和擴(kuò)散到金屬基體中，結(jié)果在工件表面形成含有氮化物如CrN、Fe2N，F(xiàn)e3N和Fe4N的化合物層。
這種化合物層的形成在傳統(tǒng)滲氮方法中也能觀察到。但是在傳統(tǒng)方法中氧化膜在溫度由常溫上升到滲氮溫度過程中形成。在此過程中O2被吸附，所以由于氧化膜和氧的吸附存在使表面活性低其表面吸收氨的能力低且不均勻。而且在實(shí)際中維持爐中NH3的均勻分解程度是困難的。這個(gè)因素促進(jìn)這種不均勻狀態(tài)的發(fā)展。由于在鋼表面上形成的氟化膜被O2膜強(qiáng)化，因而本發(fā)明防止了不均勻滲氮的發(fā)生和節(jié)省了主要昂貴氣體的消耗量。因此作為氟化作用的結(jié)果，本發(fā)明能使工件表面迅速而均勻的吸收氮。
從操作處理過程的觀點(diǎn)來看，本發(fā)明一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)是它使用氣態(tài)物體如NF3作為反應(yīng)氣體以形成氟化膜，這種氣態(tài)物質(zhì)在常溫時(shí)不顯現(xiàn)反應(yīng)性，易于處理，因此操作過程簡(jiǎn)化。例如與用鍍膜處理或用固態(tài)PVC或液態(tài)氯源的方法相比較，連續(xù)處理過程成為可能。盡管在其他方法中，塔夫鹽浴碳氮共滲法能很好的促進(jìn)滲氮層的形成和提高疲勞強(qiáng)度，但是因?yàn)樗璐罅客顿Y以改善工作環(huán)境和設(shè)置處理污染的設(shè)備，所以說這種方法是沒有光明前途的相反，上述的根據(jù)本發(fā)明的方法僅需要從處理過廢氣中消除有害物質(zhì)的簡(jiǎn)單設(shè)備，并且能形成與塔夫鹽浴碳氮共滲法至少是相同程度的滲氮層，因而可以避免不均勻滲氮。在塔夫鹽浴碳氮共滲方法中滲氮同時(shí)伴隨有滲碳過程。而根據(jù)本發(fā)明方法可以僅進(jìn)行滲氮作用。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的鋼的滲氮方法在滲氮以前，進(jìn)先行如下(1)、(2)或(3)氟化步驟(1)在含有含氟化物或含氟氣體和空氣或氧氣的混和氣體中下加熱鋼。
(2)在含有氟化物或含氟的氣氛下加熱鋼，然后再將把混有惰性氣體如N2的空氣或氧氣引入爐中，繼續(xù)保持鋼的加熱。
(3)在引入含氟化物或含氟氣體之前，引入混有惰性氣體如N2的空氣或氧氣到鋼的加熱爐中，然后再將含氟化物或含氟氣體引入到鋼的加熱爐中。結(jié)果，(1)活性氟原子作用于鋼表面去除了其上的有機(jī)和無機(jī)雜質(zhì)，(2)同時(shí)表面的氧化膜轉(zhuǎn)化為氟化膜，這層氟化膜起到保護(hù)鋼表面的作用。(3)因?yàn)楫?dāng)滲氮和活性鋼基體形成時(shí)氟化膜被去除，所以氟化物氣體使氮原子在活性鋼基體表面迅速和均勻滲透和擴(kuò)散的作用被空氣或氧氣加強(qiáng)了，結(jié)果在滲氮過程中在鋼基體上形成了良好的滲氮層。也就是說含氟化物或含氟氣體與空氣或氧氣結(jié)合應(yīng)用在本發(fā)明氟化反應(yīng)中。因此產(chǎn)生的氟化膜被O2膜強(qiáng)化，這就抑止了不均勻滲氮，同時(shí)也節(jié)省了用于防止不均勻滲氮的昂貴含氟化物或含氟氣體的消耗，最終實(shí)現(xiàn)了滲碳成本的大量降低。因此，形成低成本滲氮層能在大范圍鋼種中實(shí)現(xiàn)。另外，不論鋼種，加工工序，預(yù)處理?xiàng)l件如何，本發(fā)明都能提供優(yōu)質(zhì)滲氮層，甚至對(duì)有洞或槽的零件也能進(jìn)行滲氮處理。而且本發(fā)明還有其他優(yōu)點(diǎn)。例如，可以對(duì)難以滲氮的鋼種進(jìn)行滲氮處理，如奧氏體不銹鋼和所有類型的耐熱鋼。
圖1所示為用于本發(fā)明熱處理爐裝置的截面圖。
下面將結(jié)合實(shí)施例和對(duì)比例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述。
實(shí)施例1和對(duì)比例1-3由壓鑄形成的SUS305螺絲用碳氟化合物清潔，然后放入如圖1所示的爐1中，在含有40000ppm的NF3和50000ppm的空氣(5％體積)的N2氣氛中于320℃下恒溫保持15分鐘。之后把螺絲加熱到580℃，在引入含50％NH3和50％N2的混合氣體的爐中進(jìn)行滲氮處理3小時(shí)經(jīng)過一段時(shí)間后，對(duì)螺絲進(jìn)行空冷并從爐中取出。
所獲得的工件表面滲氮層厚度是均勻的，螺絲螺紋橫截面硬度范圍為HV＝350-360，而整體表面硬度范圍為HV＝1200-1250。
反之，在對(duì)比例1中，將與實(shí)施例1相同的工件在用碳氟化合物清潔后置于以上爐中，在含有75％NH3的氣氛下于570℃加熱3小時(shí)。氮化層在工件上幾乎不能形成。
而且在對(duì)比例2中，除空氣含量改變到0.4％外，按與實(shí)施例相同條件進(jìn)行處理。0.4％含量范圍不在本發(fā)明所用空氣含量范圍0.5-20％內(nèi)。這樣獲得的滲氮層不均勻，表面硬度在HV＝480-1250之間，變化范圍很寬。由此可以理解其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)施例1。
進(jìn)一步，在對(duì)比例3中，除了空氣含量設(shè)置為21％之外，這高于本發(fā)明空氣含量的上限值，其余按與實(shí)施例1相同的條件處理。所獲得工件表面的滲氮層也是不均勻的，其整體表面硬度變化范圍也大。由此可理解其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)施例1。
實(shí)施例2和對(duì)比例4和5SUS 505攻絲螺釘用丙酮清潔，然后放入如圖1所示的爐中、在含有35000ppm NF3和7000ppm氧氣O2(0.7％)的N2氣氛下在300°下恒溫處理15分鐘。之后，把螺釘加熱到500℃，在含有N2和90％H的氣氛中處理30分鐘再在20％NH3和80％Rx(其中H2O和CO2通過在空氣中的甲烷、丙烷等的不完全燃燒而被消除，其基本組成為N2＋CO(20％)＋H2(30％))組成的氣氛下進(jìn)行滲氮處理3小時(shí)，然后從爐中取出。40-50μm厚度均勻的滲氮層在整個(gè)螺釘表面形成。
對(duì)比例4中，除了氧氣濃度改變到0.05％之外，(低于本發(fā)明的氧氣濃度0.1-4％范圍)其他按與實(shí)施例2相同的方式處理。所獲得的工件表面滲氮不均勻，且螺釘頂端整體表面硬度為HV＝430-1200，變化范圍很寬。這樣就導(dǎo)致了遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)施例2的性能。
進(jìn)而，在對(duì)比例5中，除氧氣濃度變化到5％之外，其超出了本發(fā)明的氧氣濃度0.1-4％范圍，其進(jìn)行和實(shí)施例2相同的處理過程。所獲工件表面滲氮層不均勻，螺釘頂端整體表面硬度為HV＝430-1150，變化較大，這樣就導(dǎo)致了遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)施例2的性能。
實(shí)施例3和對(duì)比例6和7把用于強(qiáng)冷伸縮工作和強(qiáng)切割磨光機(jī)的SUS 304傳動(dòng)軸放入如圖1所示的爐中。在含有25000ppmNF3和5000ppm O2(0.5％)的H2氣氛下，在320℃對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行熱處理和氟化處理10分鐘。然后把工件加熱到580℃，在含有50％NH3和50％Rx的混合氣氛中處理2小時(shí)之后從爐中取出。結(jié)果得到厚度為40μm，表面硬度HV＝1150-128的均勻滲氮層形成，(基質(zhì)材料硬度HV＝350-420)。
反之在對(duì)比例6中，將用酒精清潔處理的同樣工件在含有50000ppmNF3的混合氣氛下進(jìn)行氟化處理，然后再在和實(shí)施例3相同的條件下進(jìn)行滲氮處理。另外在對(duì)比例7中，除去根本不加入氧氣外，按與實(shí)施例3相同的條件下進(jìn)行滲氮處理。而且引入NF3的濃度和加熱溫度580℃相同。結(jié)果在對(duì)比例6中NF3的含量加倍，得到與實(shí)施例3同樣的均勻硬質(zhì)層，但是在對(duì)比例7中，出現(xiàn)滲氮不均勻，例如形成的滲氮層局部為厚度15-20μm。
實(shí)施例4清潔由SKD61號(hào)鋼材形成的磨光試樣，然后，將其放入如圖所示的爐中，在含有45000ppm NF3和2000ppmO2(0.2％)的N2氣氛下于350℃下處理60分鐘，把然后升溫至550℃，在75％NH3的氣氛中把試樣加熱3小時(shí)。所得到的滲層厚度為0.15mm。滲氮層中根本沒有發(fā)現(xiàn)不均勻滲氮。
實(shí)施例5用丙酮清潔和實(shí)施例3相同的SUS 304傳動(dòng)軸試樣，然后將其放入如圖1所示的爐中，在含有50000ppm NF3的N2氣氛中于350°處理20分鐘。在爐溫升溫到450℃以前的30分鐘，將爐內(nèi)氣氛變?yōu)楹琋2和6％的空氣的混合氣氛。之后將爐內(nèi)氣氛變?yōu)楹?0％NH3和50％RX的滲氮?dú)夥詹⒓訜岬?80℃。將傳動(dòng)軸置于這種氣氛下處理60分鐘后從爐中取出。結(jié)果，厚度為30μm和表面硬度HV＝11501250的均勻滲氮硬質(zhì)層在傳動(dòng)軸表面形成。
實(shí)施例6用丙酮清潔和實(shí)施例3中相同的SUS304傳動(dòng)軸試樣，然后將其放入如圖1所示的爐中，爐內(nèi)為含有N2和6％的空氣的混合氣氛，將傳動(dòng)軸在此氣氛中在350℃處理30分鐘。之后將含有50000ppNF3的N2氣引入爐中，傳動(dòng)于其中在350℃下氟化處理20分鐘。接著把爐內(nèi)氣氛變?yōu)楹?0％NH3和50％Rx的滲氮?dú)夥詹⒓訜岬?80℃。傳動(dòng)軸在這種氣氛下保持60分鐘后從爐中取出。結(jié)果在傳動(dòng)軸表面形成厚度為30μm表面強(qiáng)度HV＝1150-1250的均勻滲氮硬質(zhì)層。
權(quán)利要求
1.一種鋼滲氮方法，包括用氮原子與鋼表面進(jìn)行反應(yīng)形成一層硬質(zhì)滲氮層，在滲氮前進(jìn)行如下氟化步驟(A)，(B)或(C)(A)將鋼置于由含氟化合物或含氟氣體和占總體積0.5-20％的空氣或占總體積0.1-4％的氧氣的氣氛中加熱；(B)將鋼置于含氟化物或含氟氣氛中加熱后，再將其置于含占總體積0.5-20％的空氣或占總體積0.1-4％的氧氣的氣氛中加熱；(C)將鋼置于含占總體積0.5-100％的空氣或占總體積0.1-20％的氧氣的氣氛中加熱后，再將其置于含氟化物或含氟氣體氣氛中加熱
全文摘要
一種用氮原子與鋼表面反應(yīng)形成一層硬質(zhì)滲氮化層的鋼的滲氮方法，在滲氮處理之前，將鋼置于含氟化物氣體或含氟氣和占總體積0.5-20％的空氣或占總體積0.1-4％的氧氣組成的氣氛中加熱因此防止發(fā)生非均勻滲氮，同時(shí)可以節(jié)省昂貴的含氟化物或含氟氣體的消耗。
文檔編號(hào)C23C8/34GK1146498SQ96110008
公開日1997年4月2日 申請(qǐng)日期1996年5月16日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月25日
發(fā)明者北野憲三, 橋上昭男, 村岡隆 申請(qǐng)人:大同北產(chǎn)株式會(huì)社