[發明專利]一種采用氮弧和氮化物原位冶金實現鋼表面增氮的裝置

有效

• 申請號: 201610006487.3
• 申請日: 2016-01-06
• 公開（公告）號: CN105525289B
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 周琦;孔見;王克鴻;周春東;朱軍;彭勇;孫宏宇;蔡雅君
• 申請（專利權）人: 江蘇爍石焊接科技有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明涉及材料表面處理領域，具體為一種采用氮弧和氮化物原位冶金增氮實現鋼表面快速高氮鋼化的裝置及其方法。

背景技術

常用表面的增氮方法有氣體滲氮和離子滲氮。

氣體滲氮可采用一般滲氮法(即等溫滲氮)或多段(二段、三段)滲氮法。前者是在整個滲氮過程中滲氮溫度和氨氣分解率保持不變。溫度一般在480～520℃之間，氨氣分解率為15～30％，保溫時間近80小時。這種工藝適用于滲層淺、畸變要求嚴、硬度要求高的零件，但處理時間過長。多段滲氮是在整個滲氮過程中按不同階段分別采用不同溫度、不同氨分解率、不同時間進行滲氮和擴散。整個滲氮時間可以縮短到近50小時，能獲得較深的滲層，但這樣滲氮溫度較高，畸變較大。

離子滲氮是利用輝光放電原理進行的。與一般的氣體滲氮相比，離子滲氮其特點是：①可適當縮短滲氮周期；②滲氮層脆性小；③可節約能源和氨的消耗量；④對不需要滲氮的部分可屏蔽起來，實現局部滲氮；⑤離子轟擊有凈化表面作用，能去除工件表面鈍化膜，可使不銹鋼、耐熱鋼工件直接滲氮；⑥滲層厚度和組織可以控制。但是其設備控制復雜，爐溫的均勻性不好。

綜上可知，常用的這兩種滲氮方法，滲氮前需要預備熱處理調質和預備熱處理去應力處理，同時滲氮零件的表面粗糙度Ra應小于1.6um等等限制。滲氮處理工藝的周期長、滲氮層薄、溫度控制要求嚴、對零件的表面預處理要求嚴格、設備控制復雜。兩種氣體滲氮方法都需要在密閉的環境中進行，且耗時長，滲氮層薄、增氮量低、增氮層成分不可調。

對于其他表面處理技術，如傳統熱噴涂、噴焊以及堆焊也可用于材料表面的增氮處理。表面熱噴涂增氮法屬于氮化物陶瓷噴涂技術，并不是冶金結合，同時熱噴涂法對基材表面的預處理要求比較高，需要進行粗化處理，且對噴涂粉的顆粒直徑要求比較高。

傳統的噴焊技術可以使粉末或焊絲，能夠與母材形成冶金結合，但是噴焊層的稀釋率高，一般約5％～10％，且需要預熱處理，噴焊材料的熔點要求比基體熔點低，同時，在噴焊過程中，噴焊的高氮層的成分不可調。堆焊一般用焊絲，堆焊層成分只能是焊絲成分，堆焊層成分不可設計，即用堆焊方法對鋼表面進行增氮處理，所獲得的增氮層的成分不可設計。

中國專利(201310398151.2)公開了一種使用高速氧燃料熱噴涂和等離子滲氮用于模具補整和修復的方法及系統。所獲得的增氮層成分不可設計、厚度薄，且對合金粉末顆粒直徑要求嚴格。中國專利(201110309131.4)涉及一種基于零件再制造修復的反應氮弧熔覆耐磨涂層制備工藝。將調制的漿料涂覆在零件表面烘干后，用氮弧熔敷，漿料中不含氮元素，僅靠氮弧增氮效果不明顯，且烘干需要時間，若沒有完全烘干可能會引起氫致裂紋。而本發明直接將氮化物合金粉末鋪設在待處理的鋼表面上，采用氮弧原位冶金，不需要增加烘干工藝，且采用了氮化物和氮弧聯合增氮技術，增氮效果明顯且耗時短。中國專利(201310650075.X)公開了一種用等離子弧加氮冶煉含氮金屬材料的方法，具體為通過真空凈化充高壓氮氣條件用等離子弧加氮熔煉鋼坯，需要加真空，制備條件苛刻，且最終的增氮量低。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種采用氮弧和氮化物原位冶金實現鋼表面增氮的裝置及其方法。

一種采用氮弧和氮化物原位冶金實現鋼表面增氮的裝置，包括：

一非熔化極氣體保護焊槍；

一雙通同軸氣粉傳送裝置，其內設有與非熔化極氣體保護焊槍同軸的螺旋氣粉罩，螺旋氣粉罩內開有與非熔化極氣體保護焊槍緊固連接的螺紋；

氣粉同軸傳送裝置內、螺旋氣粉罩外設有與螺旋氣粉罩外壁相切的兩個送粉送氣通道；

所述的送粉送氣通道分別開有送氣口與送粉口；所述的螺旋氣粉罩的內壁開有螺旋氣粉槽。

螺旋氣粉槽為變螺線-變螺距-變截面結構，螺旋氣粉槽包括雙螺旋槽、大截面單螺旋槽、小截面單螺旋槽，所述的槽為半圓槽；螺旋氣粉槽頂端靠近氣粉通道入口處為雙螺旋結構的雙螺旋槽，槽直徑為4mm～7mm，且所述的雙螺旋結構至少有三圈；

兩個氣粉通道連通兩相鄰的雙螺旋槽；

與雙螺旋槽相連的為大截面單螺旋槽，槽直徑為7mm～12mm；槽寬增大以保證氮化物合金粉末與鐵粉充分混合均勻，與大截面單螺旋槽相連的為小截面單螺旋槽，槽直徑為4mm～7mm。

螺旋氣粉槽從頂部到底部，其螺紋升角逐漸趨于平角，螺旋氣粉槽螺紋升角為0°～60°；螺旋氣粉槽在螺旋氣粉罩出口的螺紋升角為0°～5°。

螺旋氣粉罩采用耐熱材料SiC陶瓷制造。