[發明專利]液相等離子體電解滲氮的電解液

無效

• 申請號: 201310009662.0
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN103060742A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 華小珍;許武波;周浪;郭文廷;周賢良;崔霞
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: C23C8/24
• 分類號: C23C8/24
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所 36111
• 代理人: 劉凌峰

所屬技術領域

本發明涉及一種滲氮的電解液，尤其涉及一種液相等離子體電解滲氮的電解液。

背景技術

滲氮又稱氮化，是鋼鐵表面改性工藝中的重要組成部分，其是指將鋼鐵零件放置在活性氮的介質中，在一定溫度和保溫時間下，使其表面滲入氮元素的過程。其目的是提高表面層的硬度與耐磨性以及提高疲勞強度、抗腐蝕性能等。因此，滲氮工藝被廣泛應用于航空、航天、船舶、軍工等工業領域的各個方面，如直升機傳動系統的主動齒輪、螺栓、軸頸螺母、齒輪軸等重要零件，坦克、裝甲車、航空發動機、汽車變速箱的齒輪以及槍管、螺栓、彈盒、炮身、導管、襯套、軸和各種工模具等各種重要零件的表面處理。

目前，鋼鐵表面滲氮工藝主要采用氣體滲氮、液相滲氮、離子滲氮，但其都有自身的缺點。如：氣體滲氮具有所需生產周期長、耗能大、生產效率低、工藝成本高等缺點；液體滲氮具有零件化合物層薄且脆的缺點，不能承受高壓和沖擊載荷，且不適用于具有封閉深孔的零件；離子氮化具有設備費用較大，目前準確測溫尚未完全解決，不適于大批量生產，其工藝成本仍然較高，存在溫度不均勻的問題等缺點。

液相等離子體電解滲氮由于在在一個開放的大氣環境下、特定的電解液中進行的，可以在完成滲氮、滲碳或碳氮共滲處理后直接淬火，在幾分鐘的時間內即可獲得高硬度、耐磨、耐蝕的滲層。與傳統的離子碳氮共滲技術相比，具有耗能低（與傳統工藝相比可節約用電(60-85%)、無污染、處理時間短（幾十秒到幾分鐘）、工件變形小、工藝簡單、設備成本低廉、試用范圍廣等優點。工件表面處理的電解液溫度僅45-80℃，工件處理完在電解液中直接淬火，工件變形輕微，表面硬度高，滲氮（碳）均勻性好并且表面清潔光亮。

但目前該項技術的相關研究還相對較少，還處于工藝探索和實驗數據積累過程，且研究內容主要集中在脈沖直流電源輸出下進行液相等離子體電解滲氮，普通直流電源輸出下的液相等離子體電解滲氮研究相對較少。

因此，根據以上分析，本發明在以普通無脈沖直流電源為輸出，液相等離子體電解滲氮裝置條件下，對電解液配方進行探索與優化，以期提供適用于普通無脈沖直流輸出的液相等離子體電解滲氮（氮碳共滲）方法的電解液配方，從而獲得性能優良的滲氮層（氮碳共滲層）。

發明內容

本發明的目的是提供一種液相等離子體電解滲氮的電解液，通過液相等離子體電解滲透裝置進行液相等離子體電解滲氮（氮碳共滲），以獲得均勻致密且與基體結合良好的滲氮層（氮碳共滲層），從而保證其高表面層的硬度與耐磨性以及高疲勞強度、抗腐蝕等性能。

本發明的目的是這樣來實現的，液相等離子體電解滲氮（氮碳共滲）電解液是一種雙重電解質溶液，由下列重量百分比的原料組成：

活性氮、碳源???????????????????????????????20%～80%

氯化鉀（KCl）?????????????????????????????0.5%～4.5%

蒸餾水（H2O）????????????????????????????余量。

所述的活性氮、碳源由工業濃氨水(NH3·H2O)、甲酰胺(HCONH2)、尿素(CO(NH2)2)之一種或多種組成；易溶鹽的選擇對滲透效果具有決定性的作用，通過對不同易溶鹽實驗結果的分析可知，加入氟化鹽、氯化鈉及氯化銨鹽的電解液不能在材料表面形成滲氮層（氮碳共滲層），而加入氯化鉀的電解液則能形成較好的滲氮層(氮碳共滲層)。上述的工業濃氨水為質量分數25～28%的濃氨水，甲酰胺為化學分析純，尿素為普通化學純，氯化鉀為化學分析純粉末，水為蒸餾水。

采用本發明的電解液配方，利用液相等離子體電解滲氮（氮碳共滲）裝置，在160V至300V的電壓下處理幾分鐘至幾十分鐘，即均勻致密且與基體結合良好的表面改性層，?此外，處理完的工件直接在電解液中完成淬火，工件變形輕微。通過對電解液成分及電壓的控制，可以得到均勻致密、與基體結合良好，具有不同組成及結構的滲氮層（氮碳共滲層）。在氨水濃度為百分之六十的電解液中，220V電壓下處理10min后，試樣獲得了良好的滲氮效果，試樣表面呈現灰色，滲氮層中白亮層、擴散層和基體組織三部分特征明顯，滲氮層各層組織均勻致密，無明顯缺陷，各層厚度之和可達110μm。

附圖說明

圖1為本發明電解液為60%氨水+39%水+1%KCl，38CrMoAl?在220V下處理10min后滲氮層的SEM照片。

具體實施方式