專(zhuān)利名稱(chēng)：硫化處理鐵合金部件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于處理金屬表面并且更一般地是鐵合金部件的表面的方法，目的在于提高它們的抗咬合性(résistance au grippage)。
背景技術(shù)：
這種處理對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是十分熟悉的，并且在機(jī)械元件的設(shè)計(jì)中被廣泛地采用，例如，當(dāng)部件之間需要在嚴(yán)格的負(fù)荷和壓力條件下彼此進(jìn)行磨擦?xí)r。這種處理還可適用于或者被應(yīng)用在潤(rùn)滑(使用油、脂等)以及不存在這種潤(rùn)滑的情況下。
人們已經(jīng)提出了各種不同的方法在鐵合金部件表面上形成適用于改進(jìn)與環(huán)境的相互作用的化合物。
各種已知的處理方法包括適合于改善耐腐蝕性的表面氧化方法。還已經(jīng)工具的磷化處理方法，該方法通過(guò)產(chǎn)生磷酸鐵的表面層而可用于大幅度地提高潤(rùn)滑效果。
最后還已知硫化處理的方法。
本發(fā)明更具體地涉及后一種類(lèi)型的處理。
鋼的硫化以及硫化鐵表面層對(duì)潤(rùn)滑的影響是本領(lǐng)域技術(shù)人員特別熟悉的，并且例如可由專(zhuān)利FR1406530和FR2823227的教導(dǎo)獲知。
根據(jù)專(zhuān)利FR1406530的教導(dǎo)，處理的金屬部件被浸沒(méi)在離子化熔融鹽浴中。這種使用熔融鹽的電解硫化會(huì)給環(huán)境帶來(lái)危害。
根據(jù)專(zhuān)利FR2823227的教導(dǎo)，具有適當(dāng)厚度和Fe/S比的硫化鐵涂層被沉積到待處理的部件上，該涂層選自其表面具有至少2.6的分形維數(shù)的涂層。另外，該方法采用的電解硫化可能會(huì)帶來(lái)限制其生產(chǎn)率的技術(shù)約束。此外還注意到，所使用的鹽是昂貴的。
另一種解決辦法由專(zhuān)利US6139973的教導(dǎo)可知，該專(zhuān)利涉及一種用于通過(guò)水溶液的陰極來(lái)電解沉積硫化鐵的方法。在其缺點(diǎn)當(dāng)中，除了電解方法中涉及待處理部件形狀的固有限制外，還顯現(xiàn)出的缺點(diǎn)是Fe/S層不是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)獲得的，而是通過(guò)沉積到鋼表面上來(lái)得到的，這帶來(lái)了明顯的附著力的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題一方面是降低毒性，另一方面要避免使用電解，以便所需的能量被限制在維持水溶液在預(yù)定的溫度。
還要遵循地是，在沒(méi)有電流通過(guò)的情況下可以高精確性且高再現(xiàn)性地控制表面層的組成、厚度和連續(xù)性，并且還可以處理復(fù)雜形狀的部件，包括那些具有空腔(鉆孔、盲孔、齒輪等)的部件。
為了解決這種問(wèn)題，已經(jīng)構(gòu)想并研究出一種用于硫化處理鐵合金部件的方法，根據(jù)該方法，將部件浸入無(wú)電流通過(guò)的水溶液浴中，將其加熱到大約100℃-140℃的溫度并保持大約5-30分鐘的持續(xù)時(shí)間。水溶液浴具有一定濃度的氫氧化鈉、硫代硫酸鈉和硫化鈉。
氫氧化鈉起到鐵合金部件的腐蝕劑的作用，并且可釋放硫化鐵層在部件上沉淀所需的Fe2+和Fe3+。硫代硫酸鹽的硫組分還可以使得這種硫化鐵層沉淀。最后，硫化鐵在硫化方法中還是一種重要的試劑。
有利地，所述浴的硫化能力需要存在濃度為400-1000g/l的氫氧化鈉、濃度為30-300g/l的硫代硫酸鈉以及濃度為60-120g/l的硫化鈉。
有利地，所述浴的工作溫度為大約120℃-140℃。為了簡(jiǎn)化，可在沸點(diǎn)進(jìn)行工作，該沸點(diǎn)取決于水溶液的組成。
按照標(biāo)準(zhǔn)ASTM-D-2170，通過(guò)在Faville Levally試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)由本發(fā)明處理方法產(chǎn)生的抗咬合性。
本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的是，這個(gè)試驗(yàn)在于處理直徑為6.35mm且高度為50mm的圓柱形試件，該試件由表面硬化、淬火和磨制的16NC6鋼制成。該試件被夾在兩個(gè)被切成90°V形的鉗口之間，并隨著時(shí)間的變化對(duì)其線(xiàn)性增加負(fù)荷。當(dāng)出現(xiàn)試件咬合或者蠕變(fluage)時(shí)停止試驗(yàn)。這個(gè)試驗(yàn)是以被稱(chēng)作Faville等級(jí)的量為特征的，其是相對(duì)于時(shí)間施加的負(fù)荷的積分，這個(gè)等級(jí)以daN.s表示。在這個(gè)方面還顯示出，當(dāng)試件采用本發(fā)明的方法處理時(shí)，F(xiàn)aville等級(jí)應(yīng)當(dāng)高于12000daN.s，并且試件應(yīng)當(dāng)蠕變并且未咬合。
下面參考用于提供信息的非限制性實(shí)施例，這些實(shí)施例示出了與現(xiàn)有技術(shù)的處理相比，利用本發(fā)明方法的特征所獲得的結(jié)果。
實(shí)施例1在這個(gè)實(shí)施例中，比較表面硬化、淬火的16NC6鋼的試件在未處理試件(1)、磷化試件(2)、氧化試件(3)、本發(fā)明方法的試件(4)的情況下的Faville等級(jí)。下表給出了結(jié)果

根據(jù)本發(fā)明處理的試件在水溶液中淬火，該水溶液在制備時(shí)包含775g/l的氫氧化鈉、200g/l的硫代硫酸鈉和90g/l的硫化鈉。該處理在130℃下進(jìn)行15分鐘。
由這個(gè)試驗(yàn)可以看到，溶液1、2和3對(duì)部件的抗咬合性沒(méi)有任何影響，而考慮到3倍的Faville等級(jí)，根據(jù)本發(fā)明的溶液4的特征為高抗咬合作用。
實(shí)施例2在這個(gè)實(shí)施例中，比較表面硬化、淬火的16NC6鋼的試件通過(guò)本發(fā)明方法(1)和按照專(zhuān)利FR2823227的教導(dǎo)的電解方法進(jìn)行的Faville試驗(yàn)。下表給出了結(jié)果

根據(jù)本發(fā)明的試件在水溶液中進(jìn)行處理，該水溶液在浴的制備時(shí)包含775g/l的氫氧化鈉、200g/l的硫代硫酸鈉和90g/l的硫化鈉。
該處理在130℃下進(jìn)行15分鐘。
由這些試驗(yàn)可以看到，溶液1和2具有抗咬合性，并且根據(jù)本發(fā)明方法硫化的試件(1)的抗咬合性能提高36％。
實(shí)施例3在這個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)改變溫度和氫氧化鈉(NaOH)、硫代硫酸鈉(Na2S2O4)、硫化鈉(Na2S)的初始濃度對(duì)所有試件進(jìn)行處理。
在下表中給出了結(jié)果

由這個(gè)表可以看出-考慮到制備條件和Faville試驗(yàn)等級(jí)，溶液1符合所需的特征。
-考慮到它們的硫代硫酸鈉和硫化鈉的初始濃度，溶液2和3并不符合。這兩個(gè)實(shí)施例說(shuō)明了硫代硫酸鹽和硫化物在處理鋼時(shí)的協(xié)同作用。
-溶液4在水溶液的組成方面類(lèi)似于溶液1，但它不符合，因?yàn)閷?duì)于試件上的反應(yīng)來(lái)說(shuō)，處理溫度太低，以致于不能有效地發(fā)生，也不能賦予抗咬合性。
-盡管與溶液1具有不同的浴組成，但溶液5在抗咬合性方面得到了令人滿(mǎn)意的結(jié)果。
-溶液6未產(chǎn)生令人滿(mǎn)意的抗咬合性響應(yīng)，因?yàn)闅溲趸c的濃度太低。
根據(jù)本發(fā)明的特征可以觀察到，根據(jù)所要求保護(hù)的方法處理的部件在不同的層含有氧。
由本發(fā)明的說(shuō)明可以清楚地看到本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，尤其要強(qiáng)調(diào)和回顧以下的特征-環(huán)境友好；-非常精確且高再現(xiàn)性地控制表面層的組成、厚度和連續(xù)性；-在沒(méi)有電流通過(guò)的情況下尤其可以處理復(fù)雜形狀的部件，包括那些具有空腔的部件。
權(quán)利要求
1.一種用于硫化處理鐵合金部件的方法，其特征在于將該部件浸入無(wú)電流通過(guò)的水溶液浴中，該水溶液浴具有一定濃度的氫氧化鈉、硫代硫酸鈉和硫化鈉，所述溶液被加熱到大約100℃-140℃的溫度并保持大約5-30分鐘的持續(xù)時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于氫氧化鈉的濃度為約400-1000g/l，硫代硫酸鈉的濃度為約30-300g/l，并且硫化鈉的濃度為約60-120g/l。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述浴的工作溫度為大約120℃-140℃，優(yōu)選大約130℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于浸入持續(xù)時(shí)間優(yōu)選為大約15分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的方法處理的部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于硫化處理鐵合金部件的方法。根據(jù)該方法，將該部件浸入無(wú)電流通過(guò)的水溶液浴中，該水溶液浴具有一定濃度的氫氧化鈉、硫代硫酸鈉和硫化鈉，所述溶液被加熱到大約100℃－140℃的溫度下并保持大約5－30分鐘的持續(xù)時(shí)間。
文檔編號(hào)C23C8/00GK1867696SQ200480030307
公開(kāi)日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2004年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月14日
發(fā)明者P·莫蘭-皮瑞爾, C·埃奧 申請(qǐng)人:H.E.F.公司