[發明專利]一種稀土氧化物改性QPQ技術及其在水壓傳動元件上的應用

有效

• 申請號: 201210526160.0
• 申請日: 2012-12-09
• 公開（公告）號: CN103014603A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 胡靜;蔡偉;沈志遠;吳文莉
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C23C8/50
• 分類號: C23C8/50;C23C8/48;C23C8/42
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 金輝

技術領域

本發明屬于金屬表面改性技術領域，具體涉及一種添加稀土氧化物提高金屬表面性能的QPQ技術；本發明還涉及該技術在水壓傳動元件上的應用。

背景技術

QPQ鹽浴復合處理技術是近年來新發展起來的滲氮+氧化處理技術，實際上是一種鹽浴復合處理技術，其主體技術是鹽浴滲氮或鹽浴氮碳共滲，然后再加上一道氧化工序。QPQ復合處理技術是由鹽浴滲氮技術演變而來。QPQ鹽浴復合處理技術是一種可以同時大幅度提高金屬表面的耐磨性、耐蝕性，而工件幾乎不變形的新的金屬表面強化改性技術。

在以水為工作介質的液壓傳動中，需要液壓元件同時具備較高的耐磨性和耐蝕性。目前常用的水壓元件的材料有：耐蝕合金、工程塑料、陶瓷及其涂層材料等，這些材料多存在著價格昂貴、加工工藝復雜或者工作條件要求較高的問題，因此需要尋求一種價格低廉的材料來代替傳統的水壓傳動元件材料。45鋼是所有鋼材中價格相對便宜的鋼材，但其耐磨性、耐蝕性都不能滿足水壓傳動元件的工作需求，需要對其進行表面改性。目前，表面改性方法較多，如離子氮化、表面噴涂和QPQ鹽浴復合處理技術等，這些表面改性方法各有優缺點，離子氮化雖然具有較厚的滲層，但離子滲氮處理成本高，因此價格比較貴；不同形狀、尺寸和材料的零件混合裝爐進行滲氮處理時，很難使工件溫度均勻一致；對形狀不規則而難以放置的零件、深孔件及某些不需要滲氮的部位需要設計專用夾具和保護裝置。

QPQ鹽浴復合處理技術則具有變形小、處理時間短，節能效果顯著的優點。但傳統的QPQ處理技術具有滲層較薄，不能滿足即承受摩擦磨損又需要具有良好耐蝕性的工件的需求。盡管提高滲氮溫度和保溫時間能在一定程度上增加滲層厚度，但卻會使滲層變得疏松，反而不利于提高其耐磨、耐蝕性。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術存在的缺陷，提供一種具有滲速快、滲層深的金屬表面改性方法和該方法在水壓傳動元件上的應用，從而得到一種價格低廉，性能優異的水壓傳動元件。本發明的工藝流程為：工件表面預處理→稀土鹽浴氮化→鹽浴氧化。

實現本發明目的的技術方案是：一種提高金屬構件表面性能的方法；該方法包括以下步驟：

（1）將工件表面依次用320#~1200#的SiC砂紙磨平，再用Cr₂O拋光粉拋光至鏡面；

（2）用無水乙醇或丙酮對工件進行5min以上的超聲波清洗，去除工件表面油污和雜質；

（3）將工件放入電阻爐內進行預氧化；

（4）在氮化鹽內加入1~5%的稀土氧化物；

（5）將氮化爐升溫至一定溫度進行保溫，待氮化爐內氮化鹽充分熔化后，升溫至氮化所需溫度；

（6）將工件浸入氮化爐內，氮化溫度達到規定溫度后開始計時，保溫至規定時間后取出；

（7）浸入氧化爐進行表面鹽浴氧化處理；

（8）氧化結束后，將工件取出后水冷。

上述技術方案，所述的預氧化溫度為350℃，預氧化時間為30~40min。

上述技術方案，在氮化鹽內加入的稀土氧化物為CeO₂。

上述技術方案，鹽浴滲氮溫度為540~580℃，滲氮時間為1~4h。

上述技術方案，所述的滲氮溫度為560℃，滲氮時間為2.5h。

上述技術方案，鹽浴氧化溫度為400~450℃，氧化時間為20~60min。

上述技術方案，所述的鹽浴氧化溫度為430℃，氧化時間為40min。

本發明還提供一種上述方法在水壓傳動元件上的應用，所述傳動元件由45鋼材料制成，并通過如權利要求1~7任一項權利要求所述的方法進行了表面處理。

上述技術方案，所述傳動元件表面具有一定厚度的滲層，所述滲層由位于最表面的氧化層和位于次表面的化合物層組成。

上述技術方案，所述氧化層厚度為3~5μm，所述化合物層厚度為12~15μm。

采用上述技術方案后，本發明具有以下積極的效果：

（1）本發明工藝將工件拋光至鏡面，可使滲氮后表面滲層更均勻，與基體結合更牢固，不易脫落，提高滲層質量；

（2）工件鹽浴滲氮前先進行預氧化，預氧化能使工件表面產生輕度氧化表面形成微孔，人為的增加了表面缺陷，使工件表面形成更多的懸鍵，位錯露頭，臺階等，從而產生更多的活化中心，增加活性氮原子的吸附機率和吸附量，進一步加快滲氮過程，同樣滲氮時間下增加滲層厚度；