[發(fā)明專利]鋼鐵材料表面改性處理工藝方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710040663.6
• 申請日: 2007-05-15
• 公開（公告）號: CN101050517A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧曉文;翁韶蓉;陳瑩
• 申請（專利權(quán)）人: 上海工業(yè)大學(xué)嘉定通用機(jī)械有限公司
• 主分類號: C23C8/08
• 分類號: C23C8/08;C23C8/10;C23C8/32;C23C8/02;C23C8/80
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所
• 代理人: 顧勇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋼鐵材料或鋼鐵零部件表面的改性處理的工藝方法，屬金屬材料表面改性處理工藝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋼鐵材料或鋼鐵零部件表面的改性處理有多種方法，目的主要是為了提高鋼鐵材料表面的耐磨性和耐蝕性。以往的處理技術(shù)有：表面鍍硬鉻法、鹽浴復(fù)合處理法、氣體滲氮法、滲碳法、氧化法等。鹽浴復(fù)合處理法是在氮化鹽浴和氧化鹽浴兩種鹽浴中處理鋼鐵工件，實(shí)現(xiàn)了滲氮工序和氧化工序的復(fù)合，其滲層組織是氮化物和氧化物的復(fù)合。鹽浴復(fù)合處理法受到用鹽質(zhì)量要求的制約，若氮化鹽質(zhì)量達(dá)不到要求，會造成滲層穩(wěn)定性差的缺陷，并且還存在有環(huán)境污染問題。至于表面鍍硬鉻法，則更會造成環(huán)境污染，而且國家明文規(guī)定，已禁止使用Cr⁶⁺。

在國外已有氮化及后氧化技術(shù)，如德國IVA公司制造了將氮化和氧化工序合二為一的聯(lián)合設(shè)備；但冷卻過程中采用氮?dú)饨橘|(zhì)，其冷速緩慢，冷卻時(shí)間長，使生產(chǎn)效率降低，并引起鐵素體中針狀γ′相析出，降低材料抗疲勞性能。

近幾年來，國內(nèi)外逐步開展氣體氮碳共滲及后氧化、離子氮碳共滲及后氧化技術(shù)的研究開發(fā)工作，該復(fù)合工藝技術(shù)已成為當(dāng)前的熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種提高鋼鐵材料或鋼鐵零部件表面耐磨性和耐蝕性的改性處理工藝方法。

本發(fā)明一種鋼鐵材料表面改性處理工藝方法，其特征是采用氣體氮碳共滲及后氧化復(fù)合處理工藝，并具有以下的工藝過程和步驟：

(1)首先將鋼鐵材料表面進(jìn)行真空清洗，隨后放于爐內(nèi)在400℃溫度下進(jìn)行預(yù)氧化；

(2)然后將材料放于現(xiàn)有的愛協(xié)林箱式氮碳共滲熱處理爐內(nèi)；向爐內(nèi)輸入NH₃、N₂和CO₂的混合氣體，加熱升溫至反應(yīng)溫度550～570℃，反應(yīng)時(shí)間達(dá)4小時(shí)；

反應(yīng)結(jié)束后采用油冷卻方式進(jìn)行冷卻；混合氣體流量的體積比為：NH₃∶N₂∶CO₂＝50∶45∶5；

(3)將冷卻后的材料，先進(jìn)行拋光，隨后放入氧化爐內(nèi)，用500～550℃的蒸汽進(jìn)行后氧化處理1小時(shí)，然后再進(jìn)行拋光；最終制得具有高耐磨性、高耐蝕性表面的鋼鐵材料。

本發(fā)明方法工藝過程中的有關(guān)機(jī)理解釋：氣體氮碳共滲及后氧化工藝是在鋼鐵材料或鋼鐵零部件表面進(jìn)行氣體氮碳共滲，使金屬表面形成一層以ε-F_2-3N和γ-Fe₄N為主的白亮層，次表面為α相擴(kuò)散層；拋光是去除掉白亮層表面的疏松層；將材料或零部件放入氧化爐內(nèi)并通入高溫水蒸氣，使其氧化后在自亮層表層形成一層2～5μm厚的致密Fe₃O₄氧化層；白亮層具有很高的硬度，起到耐磨作用，而表面層Fe₃O₄其化學(xué)性能十分穩(wěn)定，有很好的耐蝕性。因此，經(jīng)氣體氮碳共滲及后氧化工藝處理的材料或零部件表面具有較好的耐磨性、耐蝕性、抗疲勞性，而且降低了摩擦系數(shù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明采用的現(xiàn)有的愛協(xié)林箱式氮碳共滲熱處理爐的外形圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述于后。

實(shí)施例1

本實(shí)施例中采用汽車制動系統(tǒng)中使用的活塞部件作試驗(yàn)對象，該活塞由10#鋼材料制成。

活塞鋼表面的處理工藝步驟如下：

(1)首先活塞鋼表面進(jìn)行真空清洗，隨后放于爐內(nèi)在400℃溫度下進(jìn)行預(yù)氧化。預(yù)氧化可使工件表面形成一層Fe₃O₄，有利于氮化過程，此外可起預(yù)熱作用，減小工件變形。

(2)將活塞放入現(xiàn)有的愛協(xié)林箱式氮碳共滲熱處理爐內(nèi)(參見圖1)，向爐內(nèi)輸入NH₃、N₂和CO₂的混合氣體；混合氣體的體積流量比為：NH₃∶N₂∶CO₂＝50∶45∶5；加熱升溫至反應(yīng)溫度560℃，反應(yīng)時(shí)間達(dá)4小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后用油冷卻方式進(jìn)行冷卻。

(3)將冷卻后的活塞部件先進(jìn)行拋光，去除表面的亮層表層存在的疏松物質(zhì)；隨后放入氧化爐內(nèi)用550℃的水蒸汽進(jìn)行后氧化處理1小時(shí)，使在白亮層上面形成一層暗灰色或黑色的Fe₃O₄氧化層；然后再進(jìn)行一次拋光；最終得到具有高耐磨性、高耐蝕性表面的活塞部件。

經(jīng)測試，經(jīng)處理后的活塞部件，其技術(shù)性能如下：