[發明專利]鑭?氮共滲稀土催滲劑

有效

• 申請號: 201410155284.1
• 申請日: 2014-04-18
• 公開（公告）號: CN103882373B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 谷吉海;劉成友;呂軍成;田野;董靜;張鐵鋒;張國良
• 申請（專利權）人: 哈爾濱商業大學;哈爾濱意鋒稀土材料開發有限公司
• 主分類號: C23C12/02
• 分類號: C23C12/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種化學熱處理鑭-氮共滲稀土催滲劑。

背景技術

滲氮是重要的化學熱處理加工工藝，目前常常采用氨氣作為滲氮氣氛，在500～540℃溫度區間內進行氣體滲氮。雖然在滲氮過程中有些采用離子氮化，或者是真空爐滲氮工藝，但是主要的滲氮工藝仍然為井式爐氣體氮化。

現有的井式爐氣體滲氮工藝的特點是設備較為簡單耐用，控制手段簡單，對于一些特殊工件滲氮的適應性好，運行成本較低；但是也存在能耗較高，工藝時間冗長的缺點，一般的滲氮速度約為0.01mm／h，這是許多應用單位亟需要求改正的重要要求，另外對于部分氮化鋼，一旦對表面硬度要求較高時，則對氮化工藝的控制難度增加。

稀土由于其原子的電子結構分布的特殊性，其電負性很低，化學活性很強，在化工行業常用做催化劑。試驗證明，在化學熱處理滲氮過程中，在一定條件下將稀土元素加入到滲氮爐內，可以使某些稀土元素與氮原子形成共滲，強化滲氮過程，加速氮原子向工件表面的滲入，從而提高了滲速，起明顯的催滲作用，實踐證明根據滲氮鋼材質不同，可提高滲速30～60％。

稀土盡管其原子半徑比鐵原子大約40％，但由于電子結構分布的特殊性，在C、N、H、O等多元體系中極易產生極化或離子化，從而可以滲入到鋼的表面層。研究指出，稀土是通過鋼中的缺陷網絡如晶界、亞晶界、錯位線、空位等，以單原子或雙原子形式進行擴散，并在這些缺陷網絡偏聚，最終在鋼中形成稀固溶液，起微合金化作用，使氮化物及金相組織細化，從而起到改善滲層組織和性能的作用。

以前常用的稀土催滲劑材料基本是鑭鈰氯化稀土(La：33％；Ce：66％)，我們通過生產實踐與實驗得知，該稀土催滲劑在使用中存在著稀土利用率較低，產生較大量的稀土殘渣；對滲氮前期排氣工藝時間敏感，容易造成催滲劑失效等缺陷，尤其是對于空間較大的滲氮爐，升溫和排氣時間較長，由于在催滲劑中含有較大量的稀土鈰元素，而鈰很容易發生變價，由Ce³⁺→Ce⁴⁺，容易生成稀土氯氧化物(ReOCl)，氯氧化稀土的揮發點增高，并且物理化學性能趨于穩定，這樣就會導致稀土催滲劑失效。

根據稀土元素的性質研究，得知在稀土元素中鑭(La)的化學活性最高，并且其只能形成3價態，其熔點要比元素鈰(Ce)低很多，與H、N、B這些常用的化學熱處理間隙元素的結合能力也大于鑭系的其它元素，研究證明更適于化學熱處理稀土催滲劑應用，并且其儲量大，價格便宜，所以更適用于化學熱處理稀土催滲劑應用。

發明內容

本發明的目的是針對現有稀土催滲劑存在的上述問題，提供一種稀土利用率較高，產生的稀土殘渣少，對滲氮前期排氣工藝時間不敏感，催滲劑不容易失效的鑭-氮共滲稀土催滲劑。

本發明的鑭-氮共滲稀土催滲劑的技術方案是：

鑭-氮共滲稀土催滲劑由下述成分按照重量百分比組成：氯化鑭40～80％；氯化銨：10～50％；雙氰胺5～30％；尿素：5～30％。稀土元素是以La為主體的氯化鑭稀土，其中的鑭(La)含量為：90～99％(La₂O₃／Re₂O₃)，其中鈰(Ce)的含量小于5％(CeO₂／Re₂O₃)。氯化銨、雙氰胺、尿素均為化學純。鑭-氮共滲稀土催滲劑為粉狀或膏狀混合物，由覆塑膜紙盒作為包裝盒，浸蠟密封。

本發明鑭-氮共滲稀土催滲劑中的主要稀土元素為鑭(La)，其含量為90～99％(La／Re)，減少了鈰元素的比例，其化學活性增加，加強催滲功能效果；研究證明其催滲功效可比用鑭鈰稀土制成的稀土催滲劑的催滲效果提高5～10％，并且重現性好；

本發明鑭-氮共滲稀土催滲劑中添加雙氰胺助劑，一方面減少了稀土用量，并且降低了催滲劑中的含氧量；另一方面降低了氯化鑭混合物的揮發溫度，在滲氮溫度下更容易揮發分解，增大爐氣中稀土催滲材料的濃度，提高催滲效果；

本發明由于大幅度降低了稀土鈰元素的含量，克服了由于鈰發生變價生成氯氧化物穩定物的可能性，降低了在工藝升溫排氣時由于爐氣中含氧量較高，溫度較高，鈰化合物容易發生變價氧化，造成爐氣條件對稀土催滲劑失效的敏感，提高了催滲效果的穩定性，并且提高了稀土催滲劑滲氮的應用適應性。

本發明具有稀土利用率較高，產生的稀土殘渣少，對滲氮前期排氣工藝時間不敏感，催滲劑不容易失效，提高催滲效果等特點。

附圖說明

圖1實驗所用的基本滲氮工藝。