[發明專利]一種氣體等離子滲硫工藝

無效

• 申請號: 201010298115.5
• 申請日: 2010-09-30
• 公開（公告）號: CN101956155A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: 陶治安;史立新;王占良;司徒春;陳志輝;李文兵;文江;羅磊軍;張帆
• 申請（專利權）人: 北京天馬軸承有限公司
• 主分類號: C23C8/38
• 分類號: C23C8/38
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于鋼的表面熱處理技術領域。特別是提供了一種氣體等離子滲硫工藝。

背景技術

滲硫層是一種以硫化亞鐵(FeS)為主要成份的硫鐵化合物。表面呈微孔狀，其顯微硬度為HV40-100。FeS的晶體結構為密排六方與石墨相同，呈磷片狀。有很低的干摩擦系數。有很好的自潤滑性能，滲硫層與基體的結合是網狀滲透方式，與金屬基體呈參差不齊的鋸齒狀結合，因此有很好的結合力。滲硫層中的微孔可貯存潤滑劑，形成穩定的油膜，使油膜的耐壓力提高2-3倍，阻礙了摩擦副之間的直接接觸。特別是在缺油、高速度、高載荷、高沖擊的工況條件下，耐磨效果更加顯著。在軸承和各種機械零件中應用，可提高使用壽命2-3倍。

滲硫技術早在1974年法國已普遍開始使用，至80年代法、美、意等國已有千余家企業采用。1985年日本汽車工業開始應用。可以說國外機械產品(如汽車、發動機等)使用壽命較長的技術關鍵就在于滲硫處理。

我國在上世紀80年代也已有滲硫技術的應用，主要應用在紡織行業和軍工行業。但是，當時國內外主要都是采用電解滲硫法。由于電解滲硫法存在嚴重環境污染，滲硫劑含有劇毒硫氫化合物，滲硫劑壽命短、成本高，處理溫度也偏高，降低零件基體硬度，難以大量推廣應用。

為了克服上述電解滲硫的缺點，國內90年代末已有些單位開展了等離子滲硫的研究，如清華大學、鐵道科學院、武漢首發離子設備有限公司等。發表了一些論文，還申報過專利。同時還有幾個小型企業對外營業，他們共同點就是使用臥式離子滲硫爐，用固體硫磺加熱產生的硫蒸氣作為等離子滲硫的氣源。我公司前期還曾到幾個企業協作過幾批軸承零件滲硫處理。通過對協作軸承零件解剖分析發現，存在如下嚴重問題：①表面顏色不均勻，有白有黑(表面應為均勻的灰黑色)。②滲硫深度很淺，為0-1μm。③滲硫表面含硫量很低，為0-7％左右，如果滲硫表面全部為FeS覆膜的話，含硫量應為36％左右。軸承零件試用效果也不明顯。產生上述滲硫質量問題的原因，我們認為，采用固體硫磺一次性定量放入滲硫爐膛內加熱蒸發，在滲硫過程中，很難控制硫的蒸發量，蒸發量若太多，爐內氣氛會很難均勻，從而造成硫離子分布不均勻，滲硫不均勻，零件表面自然含硫量不均勻，滲層深淺不均勻，顏色也不均勻，蒸發量太少，又不能滲硫，很難控制，很難保證質量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種氣體等離子滲硫工藝，為了解決上述問題，本公司購置了一臺離子滲硫設備，自行試驗開發等離子滲硫工藝。解決了滲硫質量難以控制的問題。

該工藝是將鋼鐵零件置于直流高電壓、高真空的密封滲硫爐中，并通入適量的氫氣、氬氣和氨氣等載體氣和硫化氫滲硫氣氛。這些氣體進入滲硫爐后即分裂成氮、氫、氬和硫的等離子狀態。并高速撞擊處于陰極板的鋼鐵零件表面，使工件升溫。其中硫離子滲入零件表面形成硫化亞鐵，覆蓋整個零件表面從而達到滲硫的目的。滲硫爐示意圖見附圖1。

采用硫化氫(H2S)氣體通過流量計，通入滲硫爐內作為滲硫氣源的方法，取代了將固體硫磺一次性放入爐內加熱蒸發作為滲硫氣源的方法，從而解決了通入爐內滲硫氣源適量，爐內氣源分布均勻，爐內硫離子均勻，零件表面滲硫均勻，表面含硫量均勻，表面滲硫層深度均勻，表面顏色均勻等問題。另外，滲硫氣體排出口采用水封，H2S和NH3等有害氣體可以溶于水中，對環境完全沒有污染，本發明采用氨氣，氫氣和氬氣為載氣體，同時通入爐內，載氣體可單獨使用，如氨氣加硫化氫，氫氣加硫化氫，也可聯合使用，如氫氣加氬氣加硫化氬等等。

本發明的具體工藝如下：

1、滲硫設備與通用的立式離子氮化爐基本相同，只是局部有些改進，如：采用4通道各帶流量計的氣體輸入管，帶有兩個真空泵，兩個溫度顯示和控制儀，兩套真空度顯示和控制儀。整個滲硫過程采用PLC控制系統控制。(示意圖見附圖1)

2、待處理工件經清洗后均勻擺放在爐內陰極料盤上，爐罩為陽極，蓋好爐罩后啟動真空泵開始抽真空，真空度50-1000Pa可調，(優選滲硫真空度范圍：300-800Pa)

3、當真空度達到50Pa時，加上直流高電壓，電壓調整范圍為300-1000V(優選：500-800V)在高電壓和高真空條件下，氣體裂解為等離子，并撞擊陰極和工件。爐內產生輝光等離子撞擊工件產生熱量使工件升溫，工件溫度自動控制，控制溫度范圍100-650℃(高碳鉻軸承鋼軸承：130-250℃，耐高溫軸承：300-600℃)，電流：0.1-100A(優選：1-50A)根據不同工件要求來設定。