[發(fā)明專利]一種表面合金化強(qiáng)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110448307.4
• 申請(qǐng)日: 2011-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN103184457A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜風(fēng)貞;馬通達(dá);孫澤明;朱其芳;王福生;劉安生;張東暉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號(hào): C23F17/00
• 分類號(hào): C23F17/00;C25D15/00;C25D3/56;C23C8/20;C21D1/18
• 代理公司: 北京北新智誠知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11100
• 代理人: 劉徐紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種表面合金化強(qiáng)化方法，屬于復(fù)合電鍍技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

高速耐磨表面強(qiáng)化方法，一直是獲得減少磨損量、降低摩擦系數(shù)的摩擦副的一個(gè)重要手段，不同的表面零件部件處理方式所達(dá)到的效果并不相同，當(dāng)然不同的生產(chǎn)使用狀況，也對(duì)摩擦副處理方法的選擇也不相同，摩擦副的質(zhì)量是其使用壽命和應(yīng)用效果關(guān)鍵所在。目前，重載低速摩擦副一般采用全基體均具有耐磨減摩功能的材料來完成，或者犧牲摩擦副的一個(gè)低成本、易更換對(duì)摩擦副，使之成為易耗件，但是更換頻繁必然影響增加停車檢修的總時(shí)間，因此在工程應(yīng)用中經(jīng)常采用先進(jìn)技術(shù)來提高兩個(gè)摩擦副的強(qiáng)度硬度或表面涂覆增加降低摩擦系數(shù)的涂層或顆粒等手段達(dá)到提高使用壽命的目的，而在高速輕載摩擦副一般采用表面強(qiáng)化就能在低成本下獲得不錯(cuò)的綜合使用效果。在高速滑動(dòng)摩擦環(huán)境狀況下，高強(qiáng)高硬度的鋼鐵摩擦副或因?yàn)閷?duì)磨磨合期或走熟過程中，產(chǎn)生火花，使淬火形成的馬氏體局部分解脫碳，最后在兩個(gè)摩擦副零件表面形成犁溝或者熱蝕疲勞帶等缺陷，帶來摩擦副的摩擦面粗糙度增加而跳動(dòng)加劇，反而達(dá)不到摩擦副的穩(wěn)定運(yùn)行效果，又因?yàn)榈吞间摮杀镜土谥圃旄咚佥p載零部件具有較高的成本優(yōu)勢(shì)，因此工農(nóng)業(yè)中這類工程構(gòu)件應(yīng)用量非常大，如輕紡行業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提高材料表面紅硬性，以達(dá)到零件在高速摩擦初期的火花降低，減少磨合期形成的缺陷，并最終成倍提高零件的使用壽命。

本發(fā)明提供了一種表面強(qiáng)化工藝路線，解決了當(dāng)前生產(chǎn)過程中的輕載高速摩擦副壽命短的不足之處。首先在低碳低合金鋼零件表面通過電鍍將減磨耐磨的Si3N4顆粒、WC、CrC、VC耐磨等顆粒共鍍到工件表面，使形成5～50μm的合金復(fù)合鍍層；然后，再在中性氣氛高溫度下做熱處理擴(kuò)散，再次通入高碳勢(shì)氣氛做傳統(tǒng)的滲碳或碳氮共滲等工藝處理，處理時(shí)間相對(duì)傳統(tǒng)工藝較短，最后再加入擴(kuò)散時(shí)間使碳在金屬中擴(kuò)散獲得一個(gè)較大的過渡層后，出爐淬火后低溫回火，經(jīng)簡單磨光后成為表面達(dá)到冶金結(jié)合的合金強(qiáng)化層，該層因?yàn)橛懈吣湍ヮw粒，提高材料紅硬性的碳化物顆粒，因此，在工件磨合期摩擦副的損傷將大大降低，同時(shí)與僅采用滲碳淬火工藝獲得的零件相比，能夠顯著提高零件的耐磨性能，使用壽命也成倍提高。

本發(fā)明的表面合金化強(qiáng)化方法，包括如下步驟：

(1)首先，配制電鍍液主鹽溶液，以氯化亞鐵、硫酸亞鐵鹽或者硫酸亞鐵銨等作為主鹽，加入強(qiáng)碳化物形成元素作為耐磨合金元素的鹽，如三價(jià)鉻鹽作為合金鹽，并加入抗氧化劑、消泡劑、光亮劑等，獲得澄清電鍍液主鹽溶液；

(2)將耐磨減磨顆粒進(jìn)行超聲分散，加入到電鍍液主鹽溶液中，再加入分散劑，進(jìn)一步超聲分散；

(3)靜置，除去≥5μm的粗顆粒，留下1～5μm的顆粒，獲得復(fù)合電鍍液；

(4)進(jìn)行電鍍，將耐磨減磨顆粒共鍍到工件表面，形成5～50μm的合金復(fù)合鍍層；電鍍過程中，不斷攪拌液體，防止復(fù)合顆粒沉淀于鍍槽底部，陽極材料采用低碳鋼或工業(yè)純鐵，并依據(jù)電流密度，工件大小，調(diào)整陽極面積。

(5)電鍍完成后采用高于電鍍液的熱純水清洗，放入烘箱內(nèi)加熱干燥，溫度為100～150℃；

(6)將干燥后的工件趁熱換掛具轉(zhuǎn)入中性氣氛爐內(nèi)加熱擴(kuò)散并去應(yīng)力退火，溫度為750～800℃，使電鍍層與基體達(dá)到冶金結(jié)合；

(7)將去應(yīng)力退火后的表面電鍍合金化工件進(jìn)行滲碳或碳氮共滲淬火，淬火后進(jìn)行去應(yīng)力低溫回火，工件表面層獲得理想的高硬度合金馬氏體組織；

(8)出爐后進(jìn)行表面拋光，獲得成品。

步驟(1)中，所述的耐磨合金元素的鹽優(yōu)選為CrCl₃。

步驟(2)中，所述的耐磨減磨顆粒為Si₃N₄、WC、CrC或VC顆粒等，其粒徑≤5μm。

步驟(3)中，所述復(fù)合電鍍液中，CrCl₃濃度為0.1～0.6mol/l，F(xiàn)eCl₂、硫酸亞鐵或硫酸亞鐵銨濃度為0.1～0.8mol/l，所述的耐磨減磨顆粒在鍍液中的加入量為1～15g/L。

步驟(7)中，所述的滲碳以丙酮做碳源時(shí)，910℃滲碳，保溫1小時(shí)，然后隨爐冷至850℃出爐油淬火；所述的碳氮共滲為在840℃保溫1小時(shí)，然后出爐油淬火。

步驟(7)中，優(yōu)選的，為防止?jié)B碳層碳含量過高，還應(yīng)先做均勻化擴(kuò)散后再淬火。

步驟(7)中，所述的去應(yīng)力低溫回火為在150℃下保溫2小時(shí)。