[發明專利]自鈍化金屬的增強活化

有效

• 申請號: 202011268560.7
• 申請日: 2015-07-30
• 公開（公告）號: CN112575284B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 皮特·C·威廉姆斯;史蒂文·V·馬克斯;弗蘭克·恩斯特;安娜·V·阿加博努瓦
• 申請（專利權）人: 世偉洛克公司;凱斯西儲大學
• 主分類號: C23C8/26
• 分類號: C23C8/26;C23C8/32;C23C8/22;C23C8/02;C23C8/20;C23C8/24;C23C8/30
• 代理公司: 北京市萬慧達律師事務所 11111
• 代理人: 趙潔;王蕊

一種工件，其由自鈍化金屬制成，并且具有一個或多個界定了由在先的金屬成形操作所致的Beilby層的表面區域，該工件通過曝露于加熱無氧的氮鹵化物鹽所產生的蒸氣來活化用于隨后的低溫氣體硬化。

背景技術

交叉參考的相關申請

本申請是申請日為2015年7月30日、申請號為201580040222.9、發明名稱為“自鈍化金屬的增強活化”的中國發明專利申請的分案申請，并因此要求2014年7月31日提交的在先臨時專利申請系列號62/031,338的權益，在此要求其的優先權，并且其公開內容整體通過引用的方式納入本文。

常規滲碳

常規(高溫)滲碳是一種廣泛使用的工業方法，用于增強成形金屬制品的表面硬度(“殼硬化”)。在一種典型的商業方法中，將工件與含碳氣體在高溫(例如1000℃或者更高)接觸，由此通過所述氣體分解而釋放的碳原子擴散到工件表面中。硬化是通過這些擴散的碳原子與工件中的一種或多種金屬反應來發生的，由此形成明顯不同的化學化合物，即，碳化物，隨后這些碳化物作為離散的、極硬的結晶粒子沉淀在形成該工件表面的金屬基質中。參見Stickels，“Gas Carburizing”，pp 312to 324，Volume 4，ASM Handbook，1991，ASMInternational。

不銹鋼是耐腐蝕的，因為一旦不銹鋼的表面曝露于大氣，它立即形成氧化鉻密封層。該鋼據稱是自鈍化的。

當不銹鋼常規滲碳時，不銹鋼的鉻含量通過形成碳化物沉淀物(這導致了表面硬化)而局部貧化。結果，在緊鄰包圍碳化鉻沉淀物的近表面區域中沒有足量的鉻來在表面上形成保護性氧化鉻。因為損害了不銹鋼的耐腐蝕性，因此不銹鋼很少通過常規(高溫)滲碳來殼硬化。

低溫滲碳

在二十世紀八十年代中期，開發了一種用于殼硬化不銹鋼的技術，其中將工件與含碳氣體在低溫接觸，典型地低于約550℃。在這些溫度，并且限定滲碳不持續過長時間，通過所述氣體分解而釋放的碳原子擴散到工件表面中，典型地到20-50μm的深度，而不形成碳化物沉淀物。但是，獲得了特別硬的殼(表面層)。因為沒有產生碳化物沉淀物，因此所述鋼的耐腐蝕性未受損害，甚至得以改進。這種技術(其被稱作“低溫滲碳”)描述在許多公開文獻中，包括US5556483，US5593510，US5792282，US6165597，EPO0787817，日本9-14019(Kokai9-268364)和日本9-71853(Kokai 9-71853)。

滲氮和滲碳氮

除了滲碳之外，可以使用滲氮和滲碳氮來表面硬化不同的金屬。滲氮是以基本上與滲碳相同的方式來工作的，除了不是使用分解產生碳原子的含碳氣體來用于表面硬化，而是使用分解產生氮原子的含氮氣體來用于表面硬化。

但是，在與滲碳相同的方式中，如果滲氮是在較高溫度完成的，并且沒有快速冷卻，則硬化是通過形成和沉淀擴散原子的離散化合物(即，氮化物)而發生的。另一方面，如果滲氮是在較低溫度完成的，沒有等離子體，則硬化是通過擴散到金屬晶格中的氮原子對該晶格產生的應力而發生的，不形成這些沉淀物。如滲碳的情況那樣，不銹鋼通常不通過常規(高溫)或者等離子滲氮來氮化，因為當不銹鋼中的鉻與擴散氮原子反應來導致形成氮化物時，不銹鋼固有的耐腐蝕性會受損。

在滲碳氮中，將工件曝露于含氮和碳二者的氣體，由此氮原子和碳原子都擴散到該工件中來用于表面硬化。以與滲碳和滲氮相同的方式，滲碳氮可以在較高溫度完成，其中殼硬化是通過形成氮化物和碳化物沉淀物來發生的，或者在較低溫度完成，其中殼硬化是通過擴散到金屬晶格中的間隙溶解的氮和碳原子在該晶格中所產生的極為局部的應力場來發生的。為了方便，這些方法的全部三種(即，滲碳、滲氮和滲碳氮)在本發明中統稱為“低溫表面硬化”或者“低溫表面硬化方法”。

活化