[發明專利]鐵族類合金基材的氮化處理方法

無效

• 申請號: 200680053970.1
• 申請日: 2006-03-24
• 公開（公告）號: CN101405425A
• 公開（公告）日: 2009-04-08
• 發明（設計）人: 馬場忠男;赤石沢正弘;小杉雅紀
• 申請（專利權）人: 本田技研工業株式會社
• 主分類號: C23C8/38
• 分類號: C23C8/38;C23C8/02;F01L3/02
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司
• 代理人: 丁香蘭;龐東成

背景技術

本發明涉及鐵族合金基材(鐵族類合金基材)的氮化處理方法，所 述方法包括氫氣濺射步驟和等離子體氮化處理步驟。

技術領域

氮化處理例如已經用于諸如不銹鋼等鐵族合金基材(即，主要由周 期表第八族金屬元素構成的合金基材)，目的是在該材料的表面上形成氮 化物，從而硬化該表面以改善其耐磨損性等。

通常，在鐵族合金基材的表面上會自發地形成氧化物的鈍化膜，該 鈍化膜抑制氮化反應。因此，在氮化處理前進行用于除去鈍化膜的處理。

例如，包括將材料浸沒于氰等的化學溶液中的濕法用于所述除去處 理。不過，所述濕法的不利之處在于為了防止環境污染需要對化學溶液 進行處理的復雜工序，導致氮化處理的成本增加。

考慮到該問題，在專利文獻1和非專利文獻1中報道了這樣的方法： 將鐵族合金基材放入處理爐中，將氫氣與氮氣或氨的混合氣體引入爐中， 在爐中引發輝光放電從而產生H⁺或NH₄⁺離子，材料表面上的鈍化膜(氧 化物)被這些離子還原。該方法的優點在于不需要處理化學溶液的工序， 除去處理和氮化處理可在一個處理爐中進行，由此使得操作和裝置簡化。 還原鈍化膜的反應機制和氮化物的擴散機制均記載在非專利文獻1中。

在專利文獻2中提出了這樣的方法：僅有氫氣被引入溫度低于350℃， 優選低于150℃的的處理爐中，并在相對較低的溫度下開始氫氣濺射。在 專利文獻2的方法中，H⁺離子擴散并滲入鐵族合金基材的內部，然后將 材料加熱至等于或高于鈍化膜的還原溫度的溫度，以將H⁺離子轉移至材 料表面，由此從內部還原鈍化膜。

專利文獻1：特公平02-002945號公報

專利文獻2：WO?01/34867

非專利文獻1：Takao?Takase，Ion?Nitriding?Method，Appearance?of Rival?of?Soft?Nitriding?Method，KINZOKU，Separate?print?of?March?issue， 1973，第48至54頁

發明內容

當通過專利文獻1中描述的方法從具有相對較高的Cr或Ni含量的 鋼中還原并除去鈍化膜時，由于在一些情況中H⁺或NH₄⁺的擴散深度較淺 導致不能充分地除去鈍化膜。在這樣的情況中，不利的是，通過氮化處 理而形成的氮化層具有不均勻的厚度，或者僅在鋼鐵的一部分上形成有 氮化層。

在專利文獻2中描述的方法中，鈍化膜未被還原，僅導致氫離子擴 散和滲入至鐵族合金基材中。氫離子的擴散和滲入狀態，例如擴散深度、 擴散量和分布，隨濺射條件而極大地改變。當氫離子擴散并滲入過深的 位置時，或者當滲入的氫離子的量過大時，所述氫離子常常導致氫脆。 這種趨勢在內燃機等復雜成形部件中尤其明顯。

因此，氫離子必須通過高度精確控制濺射條件而以所需狀態擴散并滲 入，從而防止由于殘余的氫離子導致的所謂的鐵族合金基材的氫脆。然而， 為執行該高度精確的控制，必須通過復雜地重復許多測試來獲得數據。

本發明的一般目的是提供一種氮化鐵族合金基材的方法，該方法能 夠形成具有大體上均勻的厚度的氮化層。

本發明的主要目的是提供一種鐵族合金基材的氮化處理方法，該方 法能夠防止在氮化處理后鐵族合金基材的脆化。

根據本發明的一個方面，提供一種鐵族合金基材的氮化處理方法， 所述方法包括通過氫氣濺射除去所述鐵族合金基材的表面上的鈍化膜的 第一步驟；和對鈍化膜已被除去的所述鐵族合金基材進行等離子體氮化 處理，由此氮化所述鐵族合金基材的第二步驟，其中，在所述第一步驟 中，在所述第二步驟之前當加熱過程中處理爐的溫度超過400℃時使氫氣 流入所述處理爐中。術語“鐵族合金”是指主要由周期表第8族金屬元 素構成的合金。