[發明專利]金屬表面鹽浴氮碳共滲的方法

有效

• 申請號: 201210367520.7
• 申請日: 2012-09-27
• 公開（公告）號: CN102899604A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 黃俊;徐寧
• 申請（專利權）人: 南車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司
• 主分類號: C23C8/54
• 分類號: C23C8/54
• 代理公司: 常州市江海陽光知識產權代理有限公司 32214
• 代理人: 翁堅剛

技術領域

本發明涉及金屬表面熱處理的方法，具體涉及一種金屬表面鹽浴氮碳共滲的方法。

背景技術

隨著科技的不斷進步，工件的服役條件變得越來越苛刻，因此對金屬零件表面性能的要求越來越高。對于金屬零件來說，耐磨、高強度、美觀是金屬零件表面的基本要求。

氮碳共滲是同時向工件表面滲入氮元素和碳元素，而改變鋼鐵材料組織形態，因而也改變鋼鐵材料在靜載荷和交變應力下的強度性能、摩擦性、成形性及耐腐蝕性。工件經氮碳共滲后，表面獲得共滲組織。在所有工業領域中，應用氮碳共滲提高鋼鐵材料強度、抗磨性、抗咬合性能和抗腐蝕性能已在技術上獲得廣泛應用。

鹽浴氮碳共滲也稱液體氮碳共滲，是在含有活性氮原子和活性碳原子的熔鹽液中完成氮和碳滲入工件表面的過程，具有設備簡單、操作方便、滲速快、生產成本低等優點。

早期的鹽浴氮碳共滲所用的鹽主要是含有氰化鈉和氰化鉀的氰鹽，氰鹽溶化后經過氧化產生氰酸鹽，再由氰酸鹽氧化或分解獲取活性氮原子和活性碳原子。氰鹽鹽浴穩定性好，流動性也好，共滲質量穩定，但其毒性較大，現已很少使用。

現有的鹽浴氮碳共滲技術，其鹽浴主要由尿素、碳酸鹽（M₂CO₃）以及適量的稀土催化劑和氧化劑組成，其中尿素熱分解產生[N]、[C]原子，主要發生如下各式所列的化學反應：

（NH₂）₂CO???????????????????????????????????????????????????????CO+2[N]+2H_{2??????????????????????????????????????????????????}（1）

2CO?????[C]+CO₂?????????????????????????????????????????????????????????（2）

2（NH₂）₂CO+M₂CO_3???2MCNO+2NH₃+CO₂+H₂O?????（3）

上述（2）式中的CO₂是氧化性氣體，在一定溫度下與NH₃發生化學反應產生CO，并產生活性[N]、[C]原子：

2NH_3?????3H₂+2[N]????????????????????????????????????????????????????????（4）

CO₂+H_2??????CO+?2H₂O??????????????????????????????????????????????????（5）

鹽浴中起主要作用的是CNO^-，它表明鹽浴的活性。CNO^-分解生成氮、碳原子滲入零件表面，但同時也生成了有毒的氰化物，即使鹽浴在開始時并沒有氰化物，發生的主要反應如下：

2CNO^-+?O_2????CO₃^2-+CO+2[N]????????????????（6）

4CNO^-???CO₃^2-+2CN^-+CO+2[N]?????????????????（7）

2CN^-+?O_2??2CNO^{-????????????????????????????????????????????????????????}（8）

在鹽浴氮碳共滲時，氰化物中約50%的量首先用以提供氰酸鹽，經送風系統送至鹽溶液，一部分氰化物氧化產生氰酸鹽，反應方程式（8）簡單描述了這個反應。調節送風量，雖可以使部分氰化物氧化生成氰酸鹽，但效率低下，而且送風量過強必然會使更多的氰酸鹽根據式（6）繼續氧化，并在實際生產中會對產品質量造成影響。