[發明專利]一種低溫氣體滲氮的催化方法

有效

• 申請號: 201611195585.2
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106637059B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發明（設計）人: 孫振田;馬飛;孫金全
• 申請（專利權）人: 機械科學研究總院青島分院有限公司
• 主分類號: C23C8/26
• 分類號: C23C8/26
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所 11308
• 代理人: 岳秀梅

本發明公開了一種低溫氣體滲氮的催化方法，采用多級管道輸送滲氮氣體，采用在滲氮的不同階段采用催化能力不同的催滲劑，在維持不銹鋼表面有一定的碳原子濃度前提下，避免工件從表層到中心的滲氮不均勻。區別于現有技術中的滴加或封裝添加的方式，采用管路行程上設置催滲劑，并輔以無機多孔載體負載的方式，增大了滲氮氣體和催滲劑的接觸面積，提高了催化效率。

技術領域

本發明屬于材料表面處理技術領域，尤其是涉及一種低溫氣體滲氮的催化方法。

背景技術

滲氮，是在一定溫度下一定介質中使氮原子滲入工件表層的化學熱處理工藝。常見有液體滲氮、氣體滲氮、離子滲氮。傳統的氣體滲氮是把工件放入密封容器中，通以流動的含氮氣體并加熱，保溫較長時間后，熱分解產生活性氮原子，不斷吸附到工件表面，并擴散滲入工件表層內，從而改變表層的化學成分和組織，獲得優良的表面性能。但是目前氣體滲氮的一個主要問題是強化處理周期過長。尤其對于低溫氣體滲氮，在較低溫度下進行，處理過程往往需要幾天才能完成，增加了生產周期。在目前的滲氮或滲氮工藝中，已經開始采用稀土作為催化滲氮的助劑，目前的工藝方法主要有：1)將稀土催滲劑混合液(如稀土氯化物的甲醇溶液)以滴加的方式加入滲氮爐內。2)將稀土催滲劑配置成粉狀或膏狀混合物，裝管或裝盒密封后置入滲氮爐內。如哈爾濱工業大學專利號97114434.6的專利采用稀土在氣體滲氮及碳氮共滲工藝中的應用方法，并公開了當滲氮過程中含有稀土元素時，能加速介質分解，有利于氣相活化，稀土元素沉積在金屬表面，能進入工件表層，使周圍點陣產生嚴重畸變，有利于氮原子吸附和擴散，使化學熱處理過程明顯加快。以上方法操作簡單，但普遍的缺點是適用性不廣，對于工藝復雜的滲氮工藝，如需要多段升溫，或對滲氮過程中氮原子濃度變化的要求的工藝，由于只能提供單一的氮原子濃度，無法實現精細化處理。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種低溫氣體滲氮的催化方法。采取兩段式升降溫，并采用不同的催滲劑，提高了氮原子從工件內部到表面的分布均勻性，提高了性能。

本發明完整的技術方案包括：

一種低溫氣體滲氮的催化方法，包括如下步驟：

1)將奧氏體不銹鋼進行去除表面鈍化膜處理；

2)將奧氏體不銹鋼放入滲氮爐中，抽真空到10^-3Pa；

3)通入滲氮氣體，加熱滲氮爐開始滲氮處理，滲氮氣體在分解爐首先經加熱，隨后經第一管路，并通過第一管路內的第一催滲劑進入滲氮爐，所述第一催滲劑組成為碳酸鑭：氧化鈰：碳酸鈣：乙醇＝(4-6)：(1-1.5)：(4-6)：(12-15)，以上比值為質量比，所述第一催滲劑附著于無機多孔載體上，加熱到400℃-460℃，保溫4-6小時；

4)降溫到320℃-350℃，關閉第一管路，滲氮氣體通過第二管路內的第二催滲劑進入滲氮爐，所述氧化鈰：碳酸鈣：乙醇＝(3-3.5)：(4-6)：(12-15)，所述第二催滲劑附著于無機多孔載體上，保溫6-8小時；

5)隨后再次對滲氮爐抽真空，充N₂保護并在360℃-390℃保溫20小時，完成滲氮處理。

本發明相對于現有技術的優點在于采用在滲氮的不同階段采用催化能力不同的催滲劑，首先采用高催化能力的催滲劑，在高溫階段獲得高濃度的活化氮原子濃度，隨后降溫并長時間保溫，使氮原子濃度在工件內部充分擴散的過程中，采用相對催化能力較低的催滲劑，在維持不銹鋼表面有一定的氮原子濃度前提下，避免工件從表層到中心的滲氮不均勻。區別于現有技術中的滴加或封裝添加的方式，采用管路行程上設置催滲劑，并輔以無機多孔載體負載的方式，增大了滲氮氣體和催滲劑的接觸面積，提高了催化效率。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發明做進一步說明。