[發明專利]鋁及鋁合金液體氮化方法

有效

• 申請號: 201210423529.5
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN102912286A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 紀嘉明;吳晶;李春平;周博
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C23C8/48
• 分類號: C23C8/48
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 吳靜安

技術領域

本發明涉及一種鋁及鋁合金的熱處理工藝，尤其涉及一種鋁及鋁合金的表面液體氮化工藝，屬于金屬材料技術領域。

背景技術

鋁及鋁合金在工程結構和機器制造特別是汽車行業的應用十分廣泛，因為他們具有比強度高,?比重小，在不降低安全性和穩定性的前提下，可以減輕工程結構和機器整機的重量，同時鋁及鋁合金還具有良好的機械加工性。但隨著工業技術的發展，鋁及鋁合金較低的硬度、較低的耐磨性以及耐蝕性使它已經不能勝任構件之間高的相對運動、高質流和高腐蝕等苛刻服役條件的要求。

近年來通過對鋁及鋁合金進行氮化處理，在鋁表面形成高硬度鋁氮化物層來提高鋁及其合金的硬度和耐磨性已經越來越引起人們的興趣。

但是由于鋁的化學性質很活潑,?純鋁及鋁合金表面都存在穩定性很好的自然氧化膜。根據環境中水分含量,?氧化膜的厚度最厚可達0.1μm?左右,?嚴重阻礙了氮原子向鋁基體中的擴散，這也是鋁及鋁合金實現表面滲氮的難點，所以一般認為傳統的滲氮工藝很難在鋁及鋁合金表面實現滲氮。

目前主要研究和采用的鋁及鋁合金滲氮工藝為輝光放電等離子體滲氮，以及為獲得更好氮化效果的改進工藝：增強等離子體離子滲氮、激光誘導等離子體滲氮、ECR（electron?cyclotron?resonance）微波等離子體滲氮、射頻（高頻）等離子體滲氮等，但上述鋁及其鋁合金的氮化工藝的共同點是：設備要求及生產成本高、操作復雜難控制，對于大尺寸和結構復雜的工件很難得到理想均勻的氮化層。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種氮化層均勻可控，成本低，且工藝簡單易行的鋁及鋁合金氮化工藝。

本發明通過以下技術方案予以實現：

鋁及鋁合金液體氮化方法，包括如下步驟：

1）去除表面氧化膜

????a．預處理并清洗工件表面；

b．第一次浸鋅，在室溫環境下將經清洗的所述工件浸入浸鋅溶液中進行第一次浸鋅，時間50～70s；

c．水洗，用水清洗經第一次浸鋅后的所述工件；

d．退鋅，將經水洗后的所述工件在室溫下浸入硝酸水溶液中退鋅；

e．第二次浸鋅，在室溫環境下將經退鋅的所述工件浸入浸鋅溶液中進行第二次浸鋅，時間時間25～35s；

f．水洗吹干，用水清洗經第二次浸鋅后的所述工件并吹干或晾干；

2）表面氮化

a.熔化浴鹽：加熱使浴鹽熔化；

b.預熱工件：將經過去除表面氧化膜的所述工件置250-350℃條件下預熱30-50min；

c.滲氮：將經預熱的所述工件放入所述熔化的浴鹽中進行滲氮，溫度580-610℃，時間1-5h；

d.冷卻：將滲氮后的所述工件冷卻至室溫；

e.清洗：將冷卻后的所述工件置于沸水中清洗。

所述浸鋅溶液是含有如下成分的水溶液：

氧化鋅??????????????????????10~30?g/L?；

????????????氫氧化鈉????????????????????50~70g/L?；

????????????酒石酸鉀鈉??????????????????50?~90g/L。

所述硝酸水溶液為水與硝酸按照體積比1:1配成的溶液，所述工件浸入該溶液中的時間為6-12s。

所述浴鹽的按重量百分比由如下物質組成：46~48%尿素、?38~40%碳酸鈉、6~8%氯化鉀和6~8%氯化鈉。

所述滲氮過程中，每間隔0.5小時向浴鹽中添加尿素，添加量為每升浴鹽加1～1.5克。這樣就能夠保證，在滲氮過程中，浴鹽中氰酸鹽含量在30-35%范圍內。

所述去除表面氧化膜步驟中的預處理并清洗工件表面過程包含依次進行的化學除油、熱水洗、冷水洗、酸浸蝕和水洗的分步驟。

本發明的有益效果如下：

1)浸鋅處理有效地去除了鋁及鋁合金表面致密氧化物并阻止其在進入鹽浴前的再度形成，有利于氮原子的滲入；

2)采用普通氣體滲氮爐或可進行滲氮處理的氣體滲碳爐就可實現鋁及鋁合金滲氮，滲氮設備要求不高，生產成本低，操作簡單易行；

3)適應性廣，可以處理各種形狀和尺寸的工件；

4)工件所有表面能得到厚度均勻的氮化鋁化合物層。滲層深度為4.5～16μm，工件表面顯微硬度為純鋁35～55HV0.1，鋁合金73～170HV0.1。

本發明的優點和特點，將通過下面優選實施例的非限制性說明進解釋，這些實施例是僅作為例子給出的。