專利名稱：在高碳勢活性氣氛中熱處理鐵基金屬零件的方法
技術領域：
本發明涉及一種在高碳勢活性氣氛中熱處理鐵基金屬零件的方法，該方法使增加金屬零件的碳含量成為可能。這種問題類型的處理包括滲碳和碳氮共滲。
人們已知怎樣借助于熱解醇，特別是甲醇來產生高碳勢氣氛。這種分解決定了還原物質，如氫和既是滲碳又是還原物質，如一氧化碳的形成。如果需要達到某值濃度，最終可用來自冷藏箱的氮來稀釋這些物質。
但是，這種已知的產生高碳含量熱處理氣氛的方法有某些缺點。
一方面，實際上，所獲得的氫和一氧化碳的量是由所使用的醇的原子組成所決定的一個固定比，所以這不適于某些類型的處理。
另一方面，使用的原料，如醇，特別是甲醇涉及高成本和安全考慮的固有問題。
為了避免上述這些缺點，本發明的目的是一種在高碳勢活性氣氛中熱處理鐵基金屬零件的方法，其特征在于，這種氣氛是通過可燃的碳氫化合物和氧含量大于21％(體積)的氧化劑之間催化反應獲得的，而該氣氛含至少60％(體積)滲碳物質和/或還原物質。
用來產生符合本發明的處理氣氛的原料很容易以合理的成本獲得，并不存在安全上的危險。事實上而且特別是，使用天然氣或甲烷作為可燃物是可能的。
此外，通過使適當調整燃料和氧化劑之間的比例和氧化劑的氧含量，就可獲得適用多種需要的寬范的處理氣氛成分。
特別是，通過氧化劑的氧含量增加到100％和相應地減少惰性材料，尤其是氮的含量，就可獲得在處理該氣氛中的100％的滲碳劑和/或還原劑，例如氫和一氧化碳。
此外，減少惰性材料的含量就可在燃燒反應期間達到較高的溫度。相對于完全氧化成不希望的材料，如水和二氧化碳而論，這提供了另一優點，即促進形成所希望的材料，如氫和一氧化碳。
該催化燃燒反應可無區別地在與進行熱處理的室分離的反應器中進行，也可在包含在該室中的反應器中進行。
最好，該燃燒物的氧含量在21-35％(體積)之間。該氧化劑，例如可借助空氣的滲透和吸附的分離的現場分餾裝置獲得，或通過將天然空氣和來自壓縮罐或冷藏罐的氧混合獲得，或還可通過將氮和來自壓縮或冷藏的氧混合獲得。
反應較好是在400-1100℃之間溫度下進行，尤其是在750-1050℃之間溫度進行。
作為燃燒反應的催化劑，可使用現有技術已知的該類反應的所有類型的催化物。例如，可使用載于難熔載體上的以氧化鎳為基的或貴金屬，如鉑、鋨、鈀和釕及其氧化物為基上的催化劑。
該難熔載體可以是陶瓷類型的載體，最好是以氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、氧化鈦或氧化鎂為基的載體。
現在基于下列非限制性實施例更詳細地敘述本發明。實施例1—滲碳燃燒反應器安置在坑式爐外，在其中進行滲碳熱處理。該反應器使用由在氧化鋁載體上的1％作為催化劑的鉑組成的催化系統。向此反應器供給天然氣和來自壓縮瓶的氧化劑的混合物和與33％(體積)氧含量等體積的氮。氧化劑/天然氣的比例等于1.5。在930℃溫度下進行的反應產生一種氣氛，它包括73％的還原劑(氫和一氧化碳)，24.5％的滲碳物質(一氧化碳)和0.16％的二氧化碳，且露點為-3℃。
將該氣氛通入坑式爐中，其中為了使一批鋼滲碳保持920℃預定的溫度。以這種方式可獲得等于1％的碳勢。如果需要，在滲碳處理期間可通過將天然氣或空氣分別直接通入此爐中來增加或降低該碳勢。
將一批鋼(16MnCr5)進行有效深度[硬度525HV]為0.5-0.6mm的滲碳所需的時間約為1小時30分。
將一批鋼[18NiCrMo5]進行有效深度1mm的滲碳所需的時間約為3小時。
將一批鋼[20MnCr5]進行有效深度1.4mm滲碳所需的進行時間約為4小時15分。實施例2—碳氮共滲將燃燒反應器安置在其中進行碳氮共滲熱處理的箱式爐的外部。在反應器中使用類似于實施例1的催化系統。向反應器供給天然氣和氧化劑的混合物，該混合物的氧含量等于氮體積為31％(體積)時的氧含量。通過用冷藏罐的氧使該設備的壓縮空氣富集而獲得該氧化劑。氧化劑/天然氣的比例等于1.6。在930℃溫進行的該反應產生的氣氛包括70％還原物質(氫和一氧化碳)，23.5％滲碳物質(一氧化碳)和0.15％二氧化碳，其露點為-4℃。
在第一步驟時，將該氣氛通入設定操作溫度為860℃箱式爐中將一批鋼滲碳。這樣獲得的碳勢等于0.9％。如果需要，在滲碳期間通過直接向此爐中通入天然氣或空氣可增加或降低該碳勢。
接著，按照現有技術中已知的方法，通過將不同分解度的氨通到爐中，以便控制氮勢來進行滲氮步驟。
一批有效深度[硬度525Hv]為0.2mm的C10鋼進行碳氮共滲所需的時間約為1小時。
一批有效深度為0.5mm的C10鋼碳氮共滲所需時間約為2小時。
不用說，考慮到本發明的原則、實施的細節和實施方案可很寬地改變上述內容而不脫離本發明的范圍
權利要求
1.一種在具有高碳勢的活性氣氛中熱處理鐵基金屬零件的方法，該方法包括通過在碳氫化合物可燃物和氧含量大于21％(體積)的氧化劑之間的催化反應而獲得的上述氣氛，該氣氛至少含60％(體積)滲碳劑和/或還原劑。
2.權利要求1的方法，其中所述氧化劑的氧含量為21-35％(體積)。
3.權利要求1的方法，其中所述氧化劑由現場空氣分離系統通過滲透和吸附分餾而獲得。
4.權利要求1的方法，其中所述氧化劑通過將天然空氣和來自壓縮或冷藏罐的氧混合獲得。
5.權利要求1的方法，其中所述的氧化劑通過將氮和來自壓縮冷藏罐的氧混合獲得。
6.權利要求1的方法，其中所述的碳氫化合物燃料是天然氣或甲烷。
7.權利要求1的方法，其中所述反應在400-1100℃之間，更好在750-1050℃之間溫度下進行。
8.權利要求1的方法，其中所述反應在存有載于難熔載體上的催化劑時進行。
9.權利要求8的方法，其中所述催化物是氧化鎳或選自鉑、鋨、鈀和釕的貴金屬或其氧化物。
10.權利要求8的方法，其中所述難熔載體是選自氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、氧化鈦和氧化鎂類型的陶瓷。
11.權利要求2的方法，其中所述的氧化劑由現場空氣分離系統通過滲透和吸附分餾獲得。
12.權利要求2的方法，其中所述的氧化劑通過混合天然空氣和來自壓縮或冷藏罐的氧來獲得。
13.權利要求2的方法，其中所述的氧化劑通過混合氮和來自壓縮冷藏罐的氧來獲得。
14.權利要求2的方法，其中所述的碳氫化合物可燃物是天然氣或甲烷。
15.權利要求2的方法，其中所述的反應在400-1100℃，更好在750-1050℃之間溫度下進行。
16.權利要求2的方法，其中所述的反應在存有載于難熔載體上的催化劑時進行。
17.權利要求16的方法，其中所述的催化劑是氧化鎳或選自鉑、鋨、鈀和釕的貴金屬或其氧化物。
18.權利要求16的方法，其中所述的難熔載體是選自氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、氧化鈦和氧化鎂類型的陶瓷。
全文摘要
在高碳勢活性氣氛中熱處理鐵基金屬零件的方法,其特征在于該氣氛通過碳氫化合物可燃物和氧含量在21%(體積)以上的氧化劑之間的催化反應獲得,上述氣氛至少含60%(體積)滲碳和/或還原劑。最好,氧化劑氧含量在21—35(體積)之間。
文檔編號C23C8/08GK1197036SQ9810595
公開日1998年10月28日 申請日期1998年1月27日 優先權日1997年1月29日
發明者G·波爾托, M·貝爾特拉莫 申請人:普拉塞爾技術有限公司