專利名稱：鋼鐵材料表面改性處理工藝方法
技術領域：
本發明涉及一種鋼鐵材料或鋼鐵零部件表面的改性處理的工藝方法，屬金屬材料表面改性處理工藝技術領域。
背景技術：
鋼鐵材料或鋼鐵零部件表面的改性處理有多種方法，目的主要是為了提高鋼鐵材料表面的耐磨性和耐蝕性。以往的處理技術有表面鍍硬鉻法、鹽浴復合處理法、氣體滲氮法、滲碳法、氧化法等。鹽浴復合處理法是在氮化鹽浴和氧化鹽浴兩種鹽浴中處理鋼鐵工件，實現了滲氮工序和氧化工序的復合，其滲層組織是氮化物和氧化物的復合。鹽浴復合處理法受到用鹽質量要求的制約，若氮化鹽質量達不到要求，會造成滲層穩定性差的缺陷，并且還存在有環境污染問題。至于表面鍍硬鉻法，則更會造成環境污染，而且國家明文規定，已禁止使用Cr6+。
在國外已有氮化及后氧化技術，如德國IVA公司制造了將氮化和氧化工序合二為一的聯合設備；但冷卻過程中采用氮氣介質，其冷速緩慢，冷卻時間長，使生產效率降低，并引起鐵素體中針狀γ′相析出，降低材料抗疲勞性能。
近幾年來，國內外逐步開展氣體氮碳共滲及后氧化、離子氮碳共滲及后氧化技術的研究開發工作，該復合工藝技術已成為當前的熱點。
發明內容
本發明的目的是提供一種提高鋼鐵材料或鋼鐵零部件表面耐磨性和耐蝕性的改性處理工藝方法。
本發明一種鋼鐵材料表面改性處理工藝方法，其特征是采用氣體氮碳共滲及后氧化復合處理工藝，并具有以下的工藝過程和步驟(1)首先將鋼鐵材料表面進行真空清洗，隨后放于爐內在400℃溫度下進行預氧化；(2)然后將材料放于現有的愛協林箱式氮碳共滲熱處理爐內；向爐內輸入NH3、N2和CO2的混合氣體，加熱升溫至反應溫度550～570℃，反應時間達4小時；反應結束后采用油冷卻方式進行冷卻；混合氣體流量的體積比為NH3∶N2∶CO2＝50∶45∶5；(3)將冷卻后的材料，先進行拋光，隨后放入氧化爐內，用500～550℃的蒸汽進行后氧化處理1小時，然后再進行拋光；最終制得具有高耐磨性、高耐蝕性表面的鋼鐵材料。
本發明方法工藝過程中的有關機理解釋氣體氮碳共滲及后氧化工藝是在鋼鐵材料或鋼鐵零部件表面進行氣體氮碳共滲，使金屬表面形成一層以ε-F2-3N和γ-Fe4N為主的白亮層，次表面為α相擴散層；拋光是去除掉白亮層表面的疏松層；將材料或零部件放入氧化爐內并通入高溫水蒸氣，使其氧化后在自亮層表層形成一層2～5μm厚的致密Fe3O4氧化層；白亮層具有很高的硬度，起到耐磨作用，而表面層Fe3O4其化學性能十分穩定，有很好的耐蝕性。因此，經氣體氮碳共滲及后氧化工藝處理的材料或零部件表面具有較好的耐磨性、耐蝕性、抗疲勞性，而且降低了摩擦系數。
圖1為本發明采用的現有的愛協林箱式氮碳共滲熱處理爐的外形圖。
具體實施例方式
現將本發明的具體實施例敘述于后。
實施例1本實施例中采用汽車制動系統中使用的活塞部件作試驗對象，該活塞由10#鋼材料制成。
活塞鋼表面的處理工藝步驟如下(1)首先活塞鋼表面進行真空清洗，隨后放于爐內在400℃溫度下進行預氧化。預氧化可使工件表面形成一層Fe3O4，有利于氮化過程，此外可起預熱作用，減小工件變形。
(2)將活塞放入現有的愛協林箱式氮碳共滲熱處理爐內(參見圖1)，向爐內輸入NH3、N2和CO2的混合氣體；混合氣體的體積流量比為NH3∶N2∶CO2＝50∶45∶5；加熱升溫至反應溫度560℃，反應時間達4小時，反應結束后用油冷卻方式進行冷卻。
(3)將冷卻后的活塞部件先進行拋光，去除表面的亮層表層存在的疏松物質；隨后放入氧化爐內用550℃的水蒸汽進行后氧化處理1小時，使在白亮層上面形成一層暗灰色或黑色的Fe3O4氧化層；然后再進行一次拋光；最終得到具有高耐磨性、高耐蝕性表面的活塞部件。
經測試，經處理后的活塞部件，其技術性能如下白亮層深度10～11μm
氧化層深度3μm表面硬度(0.3Kg負荷下)≥180HV心部硬度(10Kg負荷下)≥100HV鹽霧腐蝕試驗(48小時)≤1％本實施例中的經處理的活塞部件，明顯地表示出有較高的耐腐性、耐蝕性，且降低了縻擦系數，提高了滑動性能。
權利要求
1.一種鋼鐵材料表面改性處理工藝方法，其特征是采用氣體氮碳共滲及后氧化復合處理工藝，并具有以下的工藝過程和步驟a.首先將鋼鐵材料表面進行真空清洗，隨后放于爐內在400℃溫度下進行預氧化；b.然后將材料放于現有的愛協林箱式氮碳共滲熱處理爐內；向爐內輸入NH3、N2和CO2的混合氣體，加熱升溫至反應溫度550～570℃，反應時間達4小時；反應結束后采用油冷卻方式進行冷卻；混合氣體流量的體積比為NH3∶N2∶CO2＝50∶45∶5；c.將冷卻后的材料，先進行拋光，隨后放入氧化爐內，用500～550℃的蒸汽進行后氧化處理1小時，然后再進行拋光；最終制得具有高耐磨性、高耐蝕性表面的鋼鐵材料。
全文摘要
本發明涉及一種鋼鐵材料或鋼鐵零部件表面的改性處理的工藝方法，屬金屬材料表面改性處理工藝技術領域。本發明方法的特征是采用氣體氮碳共滲及后氧化復合處理工藝，并具有以下工藝過程和步驟①將鋼鐵材料表面進行真空清洗，隨后在400℃下預氧化；②將材料放于現有的愛協林箱式氮碳共滲熱處理爐內，并輸入NH
文檔編號C23C8/32GK101050517SQ20071004066
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月15日 優先權日2007年5月15日
發明者顧曉文, 翁韶蓉, 陳瑩 申請人:上海工業大學嘉定通用機械有限公司