[發(fā)明專利]自鈍化金屬的化學(xué)活化

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201980038310.3
• 申請(qǐng)日: 2019-06-06
• 公開（公告）號(hào): CN112236540B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: C·A·W·伊林;彼得·C·威廉姆斯;C·森科
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 斯瓦戈洛克公司
• 主分類號(hào): C23C8/02
• 分類號(hào): C23C8/02;C23C8/30;C23C8/32;C23C8/80
• 代理公司: 北京市鑄成律師事務(wù)所 11313
• 代理人: 王丹丹;王珺

一種由自鈍化金屬制成并具有限定由于先前金屬成形操作而產(chǎn)生的拜爾比層的一個(gè)或多個(gè)表面區(qū)域的工件被活化，以便通過將所述工件暴露于通過加熱非聚合N/C/H化合物所產(chǎn)生的蒸氣來進(jìn)行后續(xù)低溫氣體硬化。

背景技術(shù)

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2018年6月11日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)62/683,093以及2019年1月14日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)62/792,172的優(yōu)先權(quán)。通過引用將兩個(gè)申請(qǐng)的全部公開內(nèi)容并入本文。

常規(guī)碳滲

常規(guī)(高溫)碳滲是一種用于增強(qiáng)成形的金屬制品的表面硬度(“表層硬化”)的廣泛使用的工業(yè)工藝。在典型的商業(yè)工藝中，使工件與含碳?xì)怏w在高溫(例如，1,000℃或更高)下接觸，從而通過氣體的分解釋放出的碳原子擴(kuò)散到工件的表面中。硬化是通過這些擴(kuò)散的碳原子與工件中的一種或多種金屬的反應(yīng)而發(fā)生的，從而形成不同的化學(xué)化合物，即碳化物，然后使這些碳化物以離散、極硬的結(jié)晶顆粒的形式沉淀在形成工件表面的金屬基體中。參見Stickels，“Gas?Carburizing”，第312至324頁(yè)，第4卷，ASM手冊(cè)，1991，ASMInternational。

不銹鋼是耐腐蝕性的，因?yàn)楫?dāng)鋼暴露在空氣中時(shí)會(huì)立即形成的氧化鉻表面涂層阻擋水蒸氣、氧氣和其他化學(xué)物質(zhì)透過。鎳基、鈷基、錳基和包含大量鉻(通常為10重量％或更多)的其他合金也形成這些不可滲透的氧化鉻涂層。鈦基合金表現(xiàn)出相似的現(xiàn)象，因?yàn)樗鼈冊(cè)诒┞队诳諝鈺r(shí)也立即形成二氧化鈦涂層，所述二氧化鈦涂層也阻擋水蒸氣、氧氣和其他化學(xué)物質(zhì)透過。

據(jù)說這些合金是自鈍化的，不僅是因?yàn)樗鼈冊(cè)诒┞队诳諝夂罅⒓葱纬裳趸锉砻嫱繉樱疫€因?yàn)檫@些氧化物涂層阻擋水蒸氣、氧氣和其他化學(xué)物質(zhì)透過。這些涂層與鐵和其他低合金鋼暴露于空氣時(shí)形成的氧化鐵涂層(例如，銹)在根本上不同。這是因?yàn)檫@些氧化鐵涂層不阻擋水蒸氣、氧氣和其他化學(xué)物質(zhì)透過，如可通過以下事實(shí)理解：如果不適當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)這些合金，它們會(huì)被銹完全消耗掉。

當(dāng)傳統(tǒng)上對(duì)不銹鋼進(jìn)行碳滲處理時(shí)，通過形成負(fù)責(zé)表面硬化的碳化物沉淀物來使鋼的鉻含量局部減少。因此，在緊鄰碳化鉻沉淀物周圍的近表面區(qū)域中沒有足夠的鉻來在表面上形成保護(hù)性氧化鉻。由于鋼的耐腐蝕性受到損害，因此不銹鋼很少會(huì)通過常規(guī)(高溫)碳滲進(jìn)行表面硬化。

低溫碳滲

在二十世紀(jì)80年代中期，開發(fā)了一種用于對(duì)不銹鋼進(jìn)行表層硬化的技術(shù)，所述技術(shù)是在低溫(通常低于約500℃)下使工件與含碳?xì)怏w接觸。在這些溫度下，并且假設(shè)碳滲持續(xù)時(shí)間不會(huì)太長(zhǎng)，通過氣體的分解釋放出的碳原子擴(kuò)散到工件表面中，通常深度為20-50μm，而不形成碳化物沉淀物。盡管如此，仍獲得了非常堅(jiān)硬的表層(表面層)。由于不會(huì)產(chǎn)生碳化物沉淀物，因此鋼的耐腐蝕性不會(huì)受到損害，甚至?xí)玫礁纳啤１环Q為“低溫碳滲”的此技術(shù)在包括U.S.5,556,483、U.S.5,593,510、U.S.5,792,282、U.S.6,165,597、EPO?0787817、日本9-14019(Kokai?9-268364)和日本9-71853(Kokai?9-71853)的許多出版物中都有描述。

氮滲和碳氮共滲

除碳滲外，氮滲和碳氮共滲也可用于對(duì)各種金屬進(jìn)行表面硬化。氮滲的作用與碳滲基本相同，不同之處在于氮滲使用分解以產(chǎn)生氮原子以用于表面硬化的含氮?dú)怏w，而不是使用分解以產(chǎn)生碳原子以用于表面硬化的含碳?xì)怏w。

然而，以與碳滲相同的方式，如果在較高溫度下且在沒有快速淬火的情況下完成氮滲，則通過形成并沉淀擴(kuò)散原子的離散化合物(即，氮化物)來發(fā)生硬化。另一方面，如果在沒有等離子的情況下在較低溫度下完成氮滲，則由于已擴(kuò)散到金屬的晶格中的氮原子施加在此晶格上的應(yīng)力來發(fā)生硬化，而不形成這些沉淀物。與碳滲一樣，不銹鋼通常不會(huì)通過常規(guī)(高溫)或等離子氮滲工藝進(jìn)行氮滲處理，因?yàn)楫?dāng)鋼中的鉻與擴(kuò)散氮原子反應(yīng)而導(dǎo)致形成氮化物時(shí)，鋼的固有耐腐蝕性就會(huì)喪失。