[實用新型]一種鋼件表面的滲硼滲硫復合層

無效

• 申請號: 00229764.7
• 申請日: 2000-04-24
• 公開（公告）號: CN2416109Y
• 公開（公告）日: 2001-01-24
• 發明（設計）人: 毛紅兵
• 申請（專利權）人: 江漢石油鉆頭股份有限公司
• 主分類號: C23C8/00
• 分類號: C23C8/00
• 代理公司: 湖北省專利事務所
• 代理人: 胡建平

本實用新型涉及一種沉積于鋼件表面的滲硼滲硫復合層，它可進一步提高鋼件表面的潤滑耐磨性能。本實用新型還涉及該復合層在牙輪鉆頭各軸承中的應用。

在鋼件表面進行滲硼處理可使其具備良好的紅硬性及耐磨性，并且滲硼操作工藝簡單、生產效率高、成本低，因而已被廣泛應用。牙輪鉆頭用????于石油、礦產的地質鉆探，由于牙輪鉆頭是在高強、高壓、高沖擊的條件下運轉，因此需要牙輪鉆頭的軸承面具有很好的潤滑耐磨性能。目前，國內外的大多數鉆頭生產廠家都采用在牙輪鉆頭的軸承軸頸表面進行滲硼處理的方式來增加軸承耐磨性。然而，由于滲硼層較薄，滲硼后的零件表面無法進行磨削加工，因此滲硼鋼件表面的粗糙度較高，由于軸承處于邊界潤滑狀態，在高速高壓工況下，軸承表面愈粗糙，磨損愈嚴重，摩擦生熱愈大，軸承愈易咬合，甚至咬死。所以僅在牙輪鉆頭的軸承軸頸面上滲硼處理，難以適應以高轉速、高鉆壓為特征的現代鉆井工藝技術的要求。為此，國內外鉆頭制造廠家已開始采用軸承軸頸堆焊高碳鈷鉻鎢工藝，其優點在于堆焊層可磨削加工，表面粗糙度低，但該方式存在操作工藝復雜、生產效率低、成本高的缺點。上述情況，也存在于機械制造的其它領域。

本實用新型的目的在于改進現有技術中鋼件滲硼表面潤滑性和抗咬合性較差的缺陷，利用金屬硫化層具有固體潤滑劑的特性，提供一種可形成于鋼件表面的滲硼滲硫復合層，該復合層不僅耐磨，而且具有良好的潤滑性能。

本實用新型的技術方案為：具有預加工后的鋼件，在鋼件的一個或多個表面存在有滲硼層，其不同之處在于在滲硼層上滲有滲硫層，由此形成一個滲硼滲硫復合層。

本實用新型的鋼件可以是各種形狀的機械零部件，如軸、軸承、齒輪、牙輪鉆頭零件等。鋼件表面的滲硼層可采用常規的金屬表面滲硼工藝技術進行處理，滲硫層可由低溫離子滲硫表面工藝技術處理而成，通常滲硼層的厚度為0．01-0．2mm，滲硫層的厚度為0．001-0．30mm，滲層的濃度從表到內呈逐步降低的梯度層，通常對低碳合金鋼的工件滲硼滲硫復合層下可存在有滲碳層。本實用新型滲硫層主要成份為金屬碳化物，也可以有少量金屬氧化物。

本實用新型通過采用低溫離子滲硫表面工藝技術對滲硼鋼件表面進行處理，使鋼件表面形成金屬硼化物和金屬硫化物的復合層，該復合層與鋼件表面具有良好的結合強度，并且由于滲硫層對滲硼層的摻合作用以及滲硫層所具備的固體潤滑劑的作用，使本實用新型不僅具有較強的耐磨性，而且具備良好的潤滑性和抗咬合性。將本實用新型用于牙輪鉆頭軸承軸頸表面，可使其承載能力、使用壽命、運轉速度有較大的提高，可適應高轉速、高鉆壓的現代鉆井工藝技術的要求。本實用新型還具有加工操作方法簡便、生產效率高、制作成本低的優點。

圖1為本實用新型表面滲層結構的剖面示意圖。(a)表示鋼件基體，(b)表示滲硼層，(c)表示滲硫層

圖2為本實用新型一個實施例中的復合層分布圖。

下面結合附圖對本實用新型實施例作進一步的說明。

鋼件為牙輪鉆頭中的牙掌軸頸1，材料為低碳合金鋼，經表面滲碳和精加工，牙掌軸頸表面包括大軸頸2表面、小軸頸3表面、軸頸鎖緊槽4表面、軸頸一道止推面6、軸頸二道止推面5，可對上述表面的任意一個或多個進行滲硼處理，滲硼層厚度為0．05-0．1mm，在滲硼并淬火回火處理后進行清洗，然后進行低溫離子滲硫處理，處理溫度為180-190℃，滲硫介質為H₂S和CS₂或者為純硫蒸氣，處理時間為6-8小時，在滲硼層上形成一層滲硫層，滲硫層的厚度為0．02-0．03mm，可在構成滲硫層的金屬硫化物中含有少量的金屬氧化物，該牙掌軸頸的整個表面經滲硼滲硫處理后，與未經滲硫處理的同類產品相比，其抗咬合性能有明顯提高，與堆焊高碳鈷鉻鎢相比，其加工過程簡便，生產成本低，使用的各種性能接近或超過，應用前景十分良好，解決了生產高速高壓牙輪鉆頭中長期存在的一個難題，可以使牙輪鉆頭的鉆探生產效率得到明顯的提高。