[發明專利]一種直流電場作用下低溫快速固體粉末滲鉻方法

無效

• 申請號: 200910183189.1
• 申請日: 2009-07-30
• 公開（公告）號: CN101638767A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發明（設計）人: 胡靜;謝飛;周正華;潘獻波
• 申請（專利權）人: 江蘇工業學院
• 主分類號: C23C10/28
• 分類號: C23C10/28
• 代理公司: 南京知識律師事務所
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及金屬表面化學熱處理技術領域，特指一種直流電場作用下低溫快速固體粉末滲鉻工藝，滲鉻后可顯著改善強烈磨損條件下和腐蝕介質中金屬零件抗氧化、耐腐蝕、耐磨損等性能。

背景技術

滲鉻工藝是在高溫下，將活性鉻通過表面吸收及鉻、鐵和碳的相互擴散作用，在工件表面生成一層結合牢固的鐵、鉻、碳的合金層。這種碳鉻化合物層具有良好的耐磨性、抗高溫氧化性、熱疲勞性，在大氣、自來水、蒸汽和油品、硫化氫、硝酸、硫酸、堿、氯化鈉水溶液介質中有較高的抗蝕性。

滲鉻的方法有：(1)固體粉末滲鉻；(2)氣體滲鉻；(3)鹽浴滲鉻；(4)離子滲鉻，等等。

固體粉末滲鉻是采用粉狀或粒狀滲鉻劑進行滲鉻的工藝。固體滲鉻劑一般由供鉻劑、填充劑和活化劑組成。供鉻劑一般采用鉻粉或者鉻鐵粉，填充劑一般為氧化層、粘土等，活化劑一般為鹵化物。固體滲鉻不需要專門的設備，只須將滲鉻劑與工件一起裝入滲鉻罐(箱)內，密封后放入爐內加熱即可。

目前常用滲鉻溫度為950℃～1100℃，保溫時間為6～10小時，獲得幾十到幾百微米的滲鉻層。傳統固體粉末滲鉻的缺點是勞動條件差，能耗較高，滲劑消耗量較大。

根據齊寶森等編著，2006年北京：化學工業出版社的《化學熱處理技術》，p.448，和黃元盛，“滲鉻技術的研究進展及發展前景”，《韶關學院學報(自然科學版)》，2004年，25(6)，p.49～52，傳統固體粉末滲鉻存在處理溫度高、處理時間長，滲劑利用率不高等不足；為了解決這些不足，降低滲鉻溫度和縮短滲鉻時間，開發節能高效滲鉻工藝為人們所關注。例如中國專利200410009189.1“一種加速制備合金涂層的方法”，該方法是利用熱能與機械撞擊的結合，形成合金涂層；中國專利01107820.0，“機械能助滲表面改性技術”，利用滲劑和沖擊粒子在加熱滾筒內對工件表面沖擊，實現機械能助滲金屬表面改性。上述兩種方法能夠降低粉末滲鉻溫度，減少保溫時間，但是其工藝操作相對復雜，且有些零件不適合在處理過程中長時間采用機械震動。

由于目前的固體粉末滲鉻中活性鉻原子的產生是由于在高溫作用下滲劑熱分解而來，其濃度與滲鉻溫度，滲劑中供鉻劑和活化劑含量等有著直接關系，鉻向零件表面的擴散也主要依賴于溫度的作用，向各處擴散運動的幾率是一樣的，所以滲鉻時有相當多的活性鉻原子滲入滲箱的內壁和零件的非工作表面，造成很大浪費，從而存在處理溫度高、處理時間較長、滲劑利用率不高、成本較高等不足之處。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，提供一種直流電場加速固體粉末滲鉻的方法。本發明通過直流電場強化滲鉻劑反應，促進滲鉻劑的分解，加速活性鉻原子的有效擴散和吸收，顯著降低滲鉻溫度，加快滲速，提高供鉻劑的利用率，在600～900℃范圍內的不同溫度，可實現粉末滲鉻，滲速得到顯著的提高。

本發明通過采用施加直流電場來解決現有技術存在的缺點，其特征為：在固體粉末滲鉻劑中放置一個板狀電極，以該電極為正電極，擬滲鉻零件為負電極，兩電極相互平行并分別對應連接在一個電壓在5～100V范圍內連續可調的直流電源的正、負極上，板狀電極和擬滲鉻零件與滲鉻劑一起密封在滲箱中，將滲箱置于600～900℃的溫度范圍加熱，當爐溫達到設定值后，在兩極間加上5～100V之間的電壓對擬滲鉻零件進行滲鉻。

上述的正、負極兩極極間距離為10～100mm。

上述的板狀電極與擬滲鉻零件的滲鉻面外形相似，大小相同。

上述的滲鉻劑由供鉻劑、活化劑和填充劑組成；其中供鉻劑為鉻鐵，活化劑為氯化銨，填充劑為石英砂或氧化鉻。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1、本發明克服了傳統固體粉末滲鉻單純依賴滲劑受熱分解產生活性鉻原子之不足，利用直流電場的物理作用促進滲劑的分解，增加活性鉻原子的濃度和活性，在熱擴散的同時，利用板狀正極的特殊形狀和放置位置，直流電場還加快活性鉻原子向零件(負極)需滲鉻面的定向擴散，相對減少了滲箱內壁與零件非工作面相對鉻原子的吸收，從而可以降低滲鉻溫度，加快滲速，提高供鉻劑的利用率。

2、本發明使用與現行傳統固體粉末滲鉻相同滲劑，可采用低溫加熱、短時保溫獲得與常規滲鉻同樣的滲鉻層厚度。當采用與常規滲鉻同樣的加熱溫度和保溫時間時，滲鉻層厚度可增加3-8倍，從而節約能源，降低生產成本。相對其它現有技術，本發明操作簡單易行。

附圖說明

圖145鋼700℃，4h，10V條件下滲鉻層組織