[發(fā)明專利]一種氧化物陶瓷的滲碳方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310670000.8
• 申請(qǐng)日: 2013-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN103724051B
• 公開（公告）日: 2016-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高彪峰;方巖;楊建紅;高宏權(quán);郭潔;吳恒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國鋁業(yè)股份有限公司
• 主分類號(hào): C04B41/85
• 分類號(hào): C04B41/85
• 代理公司: 中國有色金屬工業(yè)專利中心 11028
• 代理人: 李迎春;李子健

技術(shù)領(lǐng)域

一種氧化物陶瓷的滲碳方法，涉及一種陶瓷的表面處理，尤其涉及一種常壓下氧化物陶瓷的表層滲碳方法。

背景技術(shù)

滲碳處理技術(shù)是一種傳統(tǒng)的處理技術(shù)，更多應(yīng)用于汽車、產(chǎn)業(yè)機(jī)械等部件所用的低碳鋼制或低碳合金鋼制材料中。《真空滲碳方法、設(shè)備及滲碳制品》（授權(quán)公開號(hào)CN?1145714C）、《鋼件表層淺層滲碳工藝》（公布號(hào)?CN?102051571?A）和《一種滲碳處理方法》（公布號(hào)?CN?102676983?A）專利中，通過滲碳處理，增加材料表層中碳含量，形成高碳合金鋼，進(jìn)而增加材料表面硬度，這樣可以大幅度提高部件的耐磨損性、耐疲勞性。

陶瓷材料具有卓越的高溫性能、機(jī)械性能和化學(xué)性能，因此可以應(yīng)用于金屬使用不利的環(huán)境中，陶瓷材料能用于軸承、機(jī)械密封件、發(fā)動(dòng)機(jī)滑動(dòng)部件等方面。在陶瓷材料中，Si₃N₄、SiC、PSZ、氧化物陶瓷是用于滑動(dòng)部分的典型材料。SiC和Si₃N₄因燒結(jié)性低、焙燒溫度（>2000℃）過高、后續(xù)處理工序復(fù)雜、價(jià)格昂貴等原因，限制其作為滑動(dòng)材料的應(yīng)用。而氧化物陶瓷，如氧化鋁，因價(jià)格低廉、穩(wěn)定性好，被作為滑動(dòng)材料廣泛應(yīng)用，但其摩擦系數(shù)（>0.75）高，在受到高應(yīng)力時(shí)，摩擦壽命大大縮短。

為提高氧化物陶瓷的耐磨性能，采用滲碳處理方法，使陶瓷顆粒中滲入碳顆粒，因碳顆粒摩擦系數(shù)較低（0.2），進(jìn)而降低材料綜合摩擦系數(shù)，同時(shí)嚴(yán)格控制滲碳量，避免表面滲碳過多，降低材料硬度，從而提高材料的耐磨性能。

滲碳處理方法分為表層滲碳和摻碳。《滲炭陶瓷制品及工藝》（公開號(hào)CN?1704382A）和《一種碳納米管增強(qiáng)氧化鋁陶瓷復(fù)合材料及其制備方法》（公開號(hào)CN?102199032A）專利中，將碳材料混合于陶瓷生料中，經(jīng)壓制、燒結(jié)成含碳陶瓷，此類方法增大了碳材料的使用量和燒結(jié)成本，且陶瓷滑動(dòng)材料的有效部分為表面，整體摻碳講造成不必要浪費(fèi)。表層滲碳處理只是對(duì)陶瓷表面淺層滲碳，即增加表面部分耐磨性能，這樣基本滿足滑動(dòng)要求，又可節(jié)約成本。

表層滲碳分為氣體滲碳和真空滲碳。真空滲碳更確切地應(yīng)稱為低壓滲碳，壓力在2667Pa(20Torr)以下，真空滲碳對(duì)滲碳爐構(gòu)造、爐腔壓力控制、滲碳量控制都有嚴(yán)格要求，增加處理成本，同時(shí)更增加了連續(xù)生產(chǎn)的難度。而氣體滲碳為常壓滲碳，且在保護(hù)氣氛下進(jìn)行，滲碳爐無需設(shè)計(jì)，滲碳量控制也要簡單得多，已可連續(xù)化生產(chǎn)。

《陶瓷滑動(dòng)材料的滲碳方法》（公開號(hào)CN?1108229A）專利中，介紹了一種陶瓷滑動(dòng)材料的真空滲碳方法。此滲碳方法采用氫氟酸作為表面刻蝕劑，氫氟酸滲透性強(qiáng)，毒性較大，不便于操作；該方法需在滲碳過程注入少量硅氧烷，且注入量未說明，不能進(jìn)行精確控制；在實(shí)驗(yàn)過程中，需改變升溫速率，增加了實(shí)驗(yàn)操作的復(fù)雜性；真空滲碳更加了操作成本和設(shè)備成本；此專利方法污染環(huán)境、設(shè)備成本高、操作復(fù)雜，較難實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。

《氣體滲碳處理裝置和氣體滲碳方法》（公布號(hào)?CN?101962745A）專利中，介紹了一種滲碳處理裝置，加熱設(shè)備為高頻電流感應(yīng)加熱，處理工序復(fù)雜，增加了滲碳成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有存在的氧化物陶瓷摩擦系數(shù)高、耐磨性能差的缺點(diǎn)，提供一種能有效改善氧化物陶瓷摩擦性能的氧化物陶瓷的滲碳方法。

本發(fā)明的目的可通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種氧化物陶瓷的滲碳方法，其特征在于其處理過程的步驟依次包括：

（1）將氧化物陶瓷浸泡在刻蝕液中，進(jìn)行超聲、攪拌或浸泡刻蝕處理；

（2）在滲碳增強(qiáng)劑硅油中進(jìn)行超聲、攪拌或浸泡處理；

（3）在惰性氣氛保護(hù)下，加入滲碳劑，進(jìn)行滲碳處理；

（4）經(jīng)拋光處理，得到滲碳陶瓷材料。

本發(fā)明的一種氧化物陶瓷的滲碳方法，其特征在于其步驟（1）中的刻蝕液為KOH、NaOH、鹽酸、硫酸-硫酸銨、硝酸中的一種溶液，處理后將殘留刻蝕液清洗干凈。

本發(fā)明的一種氧化物陶瓷的滲碳方法，其特征在于所述的氧化物陶瓷包括Al₂O₃、ZrO₂陶瓷和MgO·Al₂O₃、3Al₂O₃·2SiO₂復(fù)合氧化物陶瓷。