專利名稱：低溫鹽浴釩氮共滲(mn)工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬化學熱處理領域。
材料的磨損特性不是材料所固有的特性，而是材料、配副材料和使用條件的綜合特性。因此，提高機器摩擦副耐磨性的最大潛力在于提高其綜合耐磨能力，即抗多種磨損形式的能力，然而已有的許多耐磨措施還不能滿足上述要求，時常會出現顧此失彼的情況。例如，鹽浴滲釩所獲得的滲釩層雖有很好的耐磨料磨損特性，但耐粘著磨損性能很差，且處理溫度高(800～1000℃)工件變形大;鹽浴氮化層雖有很好的耐粘著磨損，抗咬死性能，但耐磨料磨損性能很差;為了提高材料的綜合耐磨能力，人們在材料處理方面進行了許多研究工作。開發了以滲氮為基礎的各種共滲工藝和復合滲工藝。
歐州申請專利No.122529發表的“鐵式鐵合金工件表面硬化方法”報導了鐵或鐵合金先氮化，再在含元素周期表中第Ⅴ。族元素的硼砂鹽浴中，在1000℃情況下進行復合滲，可使工件獲得含第Ⅴ。元素的碳氮復合滲層。該復合工藝存在著工序復雜、處理溫度高，零件易變形的缺點。
美國專利(US pat No 23.862)發表的“低溫鹽浴釩氮碳復合滲工藝”報導了鐵或鐵合金工件先滲氮，再在含釩粉末的氯化物鹽浴中滲釩，獲得釩氮碳復合滲層，但工序復雜，且滲層深度受前道工序的限制。
美國專利NO 481835發表的“鐵或鐵合金工件表面處理方法”報道了鐵或鐵合金工件在含釩的氰鹽、氰酸鹽中、在溫度低于650℃情況下進行釩氮碳共滲，可獲得釩氮碳共滲層，但鹽浴存在著污染問題。
本申請人1989年申請的發明專利(89.108123.2)“低溫鹽浴釩氮硫共滲工藝”可獲得綜合耐磨能力優于硫氰共滲層的釩氮硫滲層，它是一種適用于零件表面允許含硫的處理工藝，然而，還有大量耐磨零件不允許表面含硫。為了避免硫，若將該發明的工作鹽浴中的硫化物去掉，卻又不能沿用該發明體系的成份和工藝條件獲得釩氮共滲層，以改善氮化層的綜合耐磨能力，因此，該發明不適用于處理那些不允許表面含硫的零件，而有所局限。為此，本發明提出獲得綜合耐磨能力優于氮化層而又不含硫的新工藝。
由于不能簡單地沿襲本申請人的上述專利申請獲得釩氮共滲層。故本發明提出了新的活化途徑。通過研制新的含釩添加劑而實現釩氮共滲，從而獲得滲層綜合耐磨能力優于量大面廣的氮化處理新工藝。
本發明的目的是開發一種在無污染鹽浴中、能在低溫實施的，兼具有耐邊界潤滑磨損、耐磨料磨損，耐粘著磨損(抗咬死、擦傷)等綜合摩擦學特性的化學熱處理共滲層。本發明提出了一種無污染低溫釩氮共滲工藝。
本發明釩氮共滲工藝的特征在于共滲工作鹽浴由具有一定活性和穩定性的無污染釩氮共滲基礎鹽(代號MN-G)和占基礎鹽浴5-15%(重量%)能保證活性釩原子在低溫下滲入金屬表層的含釩添加劑(代號MN-T)以及能恢復和調整釩氮共滲鹽浴活性的再生鹽(MN-Z)組成。
所說的釩氮共滲工作鹽浴基礎鹽成份范圍(按重%)是K2CO330-40%Na2CO310-25%
(NH2)2CO 20-40%LiCO33-7%所說的含釩添加劑的成份范圍按重量%是5-50%釩化合物+95-50%[25-35%NaCl+55-65%CaCl2+5-15%(NaF+KCl+KBF△)];
其制備工藝是反應溫度范圍680℃-820℃反應時間范圍35-50小時在鹽浴中的添加量接基礎鹽浴重量計5-15%。
所說的再生鹽為尿素的反應物。
共滲溫度為520℃-620℃，采用普通外熱式電阻爐和1Cr18Ni9Ti或Ti制的坩堝即可對工件進行共滲處理，根據熔鹽重量和工件裝爐量等具體情況，每連續或累計工作24-48小時，用再生鹽和含釩添加劑調整工作鹽浴一次，以保證工件滲層質量。
按本發明共滲處理的45鋼，滲層厚度為2-25微米，滲層硬度HV0.025463～713，該滲層徑ESCA分析和XPS分析證明有釩滲入，用電子掃描對其穩定磨損階段磨痕表面檢測證實有釩元素滲入。
本發明的優點是1、處理溫度低、零件基體無相變，且變形量小。
2、共滲鹽浴中的CN濃度可控制在0.8%以下，能實現無污染作業。
3、所得的釩氮共滲層較滲氮層更致密。均勻、連續，且具有優良耐邊界潤滑磨損、耐磨料磨損，耐粘著磨損(抗咬死、抗擦傷)等綜合磨擦學性能。
4、所得的釩氮共滲層的綜合摩擦學性能優于鹽浴氮化層。
5、設備簡單、能耗低、便于實現自動化作業。
圖1是用俄歇能譜分析的本發明之共滲層釩、氮、鐵、碳的分布。
圖2是45鋼釩氮共滲層的XPC分析結果。
圖3是用電子掃描對本發明之共滲層的穩定磨損階段磨良表面檢測其釩元素的面分布。
圖4是實施例1的金相組織照片(放大倍數為×500)。
圖5是實施例2的金相組織照片(放大倍數為×500)。
圖6是實施例3的金相組織照片(放大倍數為×500)。
實施例1處理材料為45號鋼鹽浴成份為MN-GK2CO330%;Na2CO325%;(NH2)2CO40%;LiCO35%MN-T×10%(MN-G)處理條件570℃×8hr結果滲層化合物層深度6～8微米相對耐磨性(與鹽浴氮化比較)耐邊界潤滑磨損ε＝4.5耐磨料磨損ε＝2.6
抗擦傷ε＝1.67實施例2處理材料為40Cr鹽浴成份為MN-GK2CO335%;Na2CO320%;(NH2)2CO40%;LiCO35%;
MN-T×15%(MN-G)處理條件570℃×8hr結果滲層化合物層深度2～2.5微米相對耐磨性(與鹽浴氮化比較)耐邊界潤滑磨損 ε＝3.2耐磨料磨損 ε＝1.94抗擦傷 ε＝1.28實施例3處理材料為45號鋼鹽浴成份為MN-GK2CO333%;Na2CO322%;(NH2)2CO40%;Li2CO35%MN-T×15%(MN-G)處理條件570℃×8hr結果滲層化合物層深度10～10.5微米相對耐磨性(與鹽浴氮化比較)耐邊界潤滑磨損 ε＝5.6耐磨料磨損 ε＝2.95
抗擦傷 ε＝1.8權利要求
1.一種無污染釩氮共滲鹽浴，其特征在于共滲工作鹽浴由基礎鹽K2CO330-40%，NaCO310-25%，(NH2)2CO20-40%，LiCO33-7%，占基礎鹽5-15%的釩化合物+95-50%[NaCl25-35%+Cacl255-65%+(NaF+KCl+KBF4)5-15%]的含釩添加劑，以及再生鹽尿素反應物組成(均為重量%)，共滲處理溫度為520℃-620℃。
2.根據權利要求1所說的含釩添加劑，其特征是反應溫度為680℃-820℃，反應時間為35-50小時。
全文摘要
本發明是一種在溫度低于620℃的情況下，在無污染鹽浴中，實現釩氮共滲的化學熱處理新工藝。鐵或鐵合金工件經釩氮共滲處理后，可獲得2～25微米的釩氮共滲層。該滲層可賦予工件優異的耐邊界潤滑磨損、耐磨料磨損、耐粘著磨損(抗咬死、抗擦傷)的綜合耐磨性能。本發明還具有設備簡單、能耗低、效率高，工件變形很小的特點。具有廣闊的應用前景。
文檔編號C23C12/02GK1066891SQ9210262
公開日1992年12月9日 申請日期1992年4月8日 優先權日1992年4月8日
發明者趙源, 肖德君 申請人:機械電子工業部武漢材料保護研究所