專利名稱：用于氮化金屬制品的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本文描述了用于對金屬制品或部件進行熱處理和/或熱化學的擴散表面加工的方法和裝置。更具體地，本文描述了用于氮化金屬制品，比如但不限于不銹鋼和其它高合金鋼以及富鎳或鈷的超合金的方法和裝置。
背景技術：
奧氏體不銹鋼(SQ由于其抗腐蝕性、抗氧化性和抗熱性、韌性以及延展性(甚至在低溫下的)而具有很高價值。這些鋼含有高水平的鉻(Cr)以及鎳(Ni)和/或錳(Mn) 以幫助穩定其奧氏體結構。往往在金屬表面上形成鈍化氧化物膜的高水平的Cr和其它容易氧化的合金添加劑，尤其是Al和Mn，也能夠見于許多等級的鐵素體/馬氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和沉淀硬化性不銹鋼、基于鐵的超合金、基于鎳的超合金和基于鈷的超合金、工具鋼、軸承鋼和白口鐵中。為了改善耐磨性(尤其在容易刮傷的奧氏體SS和超合金中)和在一些情況中提高硬度和耐腐蝕性兩者，希望通過氮化處理和硬化表面，所述氮化是在低合金和碳鋼領域中經過充分證明的便宜的、熱化學擴散過程。不幸的是，在金屬表面上形成鈍化氧化物膜充當致密的擴散阻擋，從而防止常規鈍化。表1比較了鐵(Fe)氧化物的形成自由能(Gibbs能)和與常見于不銹鋼、工具鋼和超合金中的容易氧化的合金化添加劑的氧化物相關的能量進行了比較。所有能量(每個氧和/或金屬原子)比和狗氧化物相關的能量更負，這表明有形成鈍化的氧化物膜的趨勢，這種趨勢抑制了常規的最成本有效地使用氨氣氛(NH3)的氣體氮化。表1 在500°C氧化物形成的自由能
權利要求
1.氮化金屬制品以提供經處理的表面的方法，所述金屬制品包括選自不銹鋼、超合金、 工具鋼、軸承鋼、鑄鐵產品或其組合的至少之一，所述方法包括a、將所述金屬制品提供在爐子中；b、將包含氮源氣體和烴氣體的氣體氣氛引入到所述爐子的入口中，其中所述氣體氣氛基本不合添加的氧氣或含氧源氣體，其中所述引入步驟是通過注入所述氣體氣氛通過電弧活化裝置來進行的，所述電弧活化裝置包括低功率高電壓非脈沖化的AC電弧放電，每秒改變極性50-60次，其中峰-谷電壓范圍是lkV_12kV，電弧放電電流不超過1安培；和c、在所述氣體氣氛中在大約350°C-大約1150°C范圍的一個或多個氮化溫度加熱所述金屬制品足以提供所述經處理的表面的時間。
2.根據權利要求1的方法，其中所述金屬制品包含合金，所述合金包含至少10.5wt% Cr和至少0. 2財％的選自由Mn、Si、Al、V、Nb、Ti、Zr和其組合組成的組的合金化添加劑。
3.根據權利要求1的方法，其中所述氮源氣體是選自氮氣、氨和其組合的至少之一。
4.根據權利要求1的方法，其中所述烴氣體包含選自由如下組成的組的至少之一乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6)、甲燒(CH4)、丙烷(C3H8)、乙炔(C2H2)或其組合。
5.根據權利要求4的方法，其中所述烴氣體包含CH4。
6.根據權利要求1的方法，其中所述氮化性氣體氣氛包含氮氣、氨和至少一種烴氣體。
7.根據權利要求6的方法，其中在所述氮氣-氨-烴氣體摻混物中氨對烴氣體的摩爾比采用中央處理單元進行控制。
8.用于氮化金屬制品的裝置，包括位于外部的電弧活化氣體注射器，所述電弧活化氣體注射器包括高電壓非脈沖化的AC 電弧放電，其中極性每秒改變50-60次；其中峰-谷電壓范圍是lkV-12kV;和其中所述高電壓電弧放電的電流不超過1安培。
全文摘要
本文公開了用于氮化金屬制品的方法和裝置，尤其公開了用于對高度合金化的金屬制品進行氮化的方法和裝置。在一個實施方案中，所述方法和裝置采用在無氧氮化性氣體氣氛中的至少一個氮源氣體比如氮氣和/或氨，并少量添加有一種或多種烴。在這一或其它實施方案中，本文描述的方法和裝置適用于包含基于鐵、鎳和鈷的合金并且往往在其表面的至少一部分上形成鈍化的氧化物膜的金屬制品，加熱到一定溫度并在該溫度氮化，無需在先的表面預備。該裝置包括外部氣體注射器，所述注射器包括50-60Hz AC、高電壓/低電流電弧放電電極，對從源通往氮化爐子的所述氮化性氣氛物流進行活化。
文檔編號C23C8/36GK102260843SQ20111015991
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月24日 優先權日2010年5月24日
發明者X·王, Z·祖爾基 申請人:氣體產品與化學公司