一種通過鹽浴預氧化提高鹽浴滲氮效率的方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種通過鹽浴預氧化提高鹽浴滲氮效率的方法。
【背景技術】
[0002]在工程應用中，離子滲氮是一種應用較為廣泛的表面熱處理技術，該技術主要是通過陰極濺射產生活性的氮原子，在試樣表面富集且不斷向基體內部擴散，最終形成滲氮層。離子氮碳共滲則是在離子滲氮的基礎上，添加丙烷、甲烷或乙醇等進行表面改性的一種熱處理技術，具有硬度高、耐磨性好等優點。
[0003]在化學熱處理技術中，滲氮技術包含氣體滲氮、離子滲氮、鹽浴滲氮等。離子滲氮和鹽浴滲氮雖可以獲得一定厚度的滲氮層，但前者滲氮周期較長，設備資源利用率不高，而后者則容易對環境造成污染，具有一定的危害性。
[0004]雖然相比于其他表面改性技術，離子氮碳共滲技術具有滲氮溫度較低、滲速較快、工件變形小以及無污染等優勢。但傳統的離子氮碳共滲生產效率依然偏低，達不到實際應用中節能高效的生產需求。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是:基于上述問題，本發明提供一種通過鹽浴預氧化提高鹽浴滲氮效率的方法。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的一個技術方案是:一種通過鹽浴預氧化提高鹽浴滲氮效率的方法，包括以下步驟:
[0007](I)將原始態鋼加工切割成試樣。原始態鋼為優質碳素結構鋼的一種，優選45鋼，試樣尺寸為1mm X 1 Omm X 1 Omnin
[0008](2)將試樣進行調質處理，打磨處理后在有機溶劑中進行超聲清洗、烘干。調質處理為先升溫至830°C保溫15min，水冷至室溫，再升溫至600°C保溫40min，空冷至室溫。打磨處理為將試樣分別用500#?2000#的SiC砂紙進行打磨至鏡面，在有機溶劑中進行超聲清洗為試樣浸泡于無水乙醇中超聲波清洗15min。
[0009](3)將試樣放入氧化鹽浴中進行預氧化，預氧化溫度為350°C，時間為30min。氧化鹽浴中按質量百分比計，包括硝酸鹽62?80%，碳酸鹽11?19%和氫氧化鹽8?19%，氫氧化鹽為氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或兩種，硝酸鹽為硝酸鈉、硝酸鉀中的一種或兩種，碳酸鹽為碳酸鈉、碳酸鉀中的一種或兩種。
[0010](4)取出預氧化后的試樣放入裝有鹽浴的氮化爐中，鹽浴氮化，滲氮溫度為500?580 0C，滲氮時間30?150分鐘。
[0011](5)取出鹽浴氮化后的試樣進行水冷，冷卻后采用DM1-3000M型光學金相顯微鏡觀察截面顯微組織，并測量化合物層厚度。
[0012]本發明的有益效果是:(I)本發明鹽浴預氧化+鹽浴滲氮處理方法克服了常規鹽浴滲氮前采用空氣預氧化方法導致的滲氮效率較低且需要專門配置空氣加熱爐的不足；(2)通過鹽浴預氧化的方法，首先試樣表層形成一薄層厚度均勻的氧化膜，在隨后的鹽浴滲氮工藝過程中，氧化膜不斷的分解還原并與活性氮原子結合成氮化物，富集在表面;另一方面由于氧化物不斷地被還原形成疏松多孔的結構，可以為活性氮原子的提供擴散通道，增加了表面吸附活性氮原子機會，因此鹽浴預氧化能顯著提高鹽浴滲氮的滲氮效率，提高滲層厚度；(3)經鹽浴預氧化+鹽浴滲氮工藝處理后的試樣表面從外到內依次形成了致密的化合物層和擴散層，同時相比于常規鹽浴滲氮工藝，本方法能夠快速獲得需求的化合物層厚度；
(4)鹽浴預氧化+鹽浴滲氮處理方法可采用低溫加熱獲得常規鹽浴滲氮同樣的滲氮層厚度，從而節約能源，降低生產成本。
【附圖說明】
[0013]下面結合附圖對本發明進一步說明。
[0014]圖1是45鋼經過常規鹽浴滲氮工藝560°C X 10min處理(即對比例I)后的滲層顯微組織圖；
[0015]圖2是45鋼經過鹽浴預氧化+鹽浴滲氮工藝560°C X 10min處理(即實施例)后的滲層顯微組織圖；
[0016]圖3是45鋼經過常規鹽浴滲氮工藝575°C X 10min處理(即對比例2)后的滲層顯微組織圖；
[0017]圖4是45鋼在不同工藝條件下截面顯微硬度圖，其中為常規鹽浴滲氮工藝，其空氣預氧化工藝為3500C X 30min;PON為鹽浴預氧化+鹽浴滲氮工藝，其鹽浴預氧化工藝為350°C X 30mino
【具體實施方式】
[0018]現在結合具體實施例對本發明作進一步說明，以下實施例旨在說明本發明而不是對本發明的進一步限定。
[0019]實施例
[0020](I)將45鋼加工成尺寸為1mm X 1mmX 1mm的試樣；
[0021](2)將試樣進行調質處理，先升溫至830°C保溫15min，然后將樣品立即放入水中冷卻，再升溫至600°C保溫40min，取出空冷至室溫；
[0022](3)將試樣依次分別用500#?2000#的SiC砂紙進行打磨至鏡面；
[0023](4)將試樣浸泡于無水乙醇中進行超聲波清洗15min，從而去除表面油污及其他雜質，吹干待用；
[0024](5)將試樣放入氧化鹽浴中進行預氧化，預氧化溫度為350°C，時間為30min，氧化鹽浴中按質量百分比計，包括硝酸鈉75 %，碳酸鈉15 %和氫氧化鈉10 %。
[0025](6)將氮化爐升溫至一定溫度進行保溫，待坩禍內氮化基鹽充分熔化后，升溫至氮化溫度；
[0026](7)預氧化完成后，取出試樣放入裝有鹽浴的氮化爐中，密封加熱，滲氮溫度為560°C，滲氮時間100分鐘；
[0027](8)鹽浴氮化完成后取出試樣進行水冷，冷卻后采用DM1-3000M型光學金相顯微鏡觀察截面顯微組織，并測量化合物層厚度。滲層顯微組織圖見圖2。
[0028]對比例I
[0029](I)將45鋼加工成尺寸為1mm X 1mmX 1mm的試樣；
[0030](2)將試樣進行調質處理，先升溫至830°C保溫15min，然后將樣品立即放入水中冷卻，再升溫至600°C保溫40min，取出空冷至室溫；
[0031](3)將試樣依次分別用500#?2000#的SiC砂紙進行打磨至鏡面；
[0032](4)將試樣浸泡于無水乙醇中進行超聲波清洗15min，從而去除表面油污及其他雜質，吹干待用；
[0033](5)將試樣放入空氣爐中進行預氧化，預氧化溫度為350°C，時間為30min;
[0034](6)將氮化爐升溫至一定溫度進行保溫，待坩禍內氮化基鹽充分熔化后，升溫至氮化溫度；
[0035](7)預氧化完成后，取出試樣放入裝有鹽浴的氮化爐中，密封加熱，滲氮溫度為560°C，滲氮時間100分鐘；
[0036](8)鹽浴氮化完成后取出試樣進行水冷，冷卻后采用DM1-3000M型光學金相顯微鏡觀察截面顯微組織，并測量化合物層厚度。滲層顯微組織圖見圖1。
[0037]對比例2
[0038]與對比例I相比，步驟(7)中滲氮溫度為575°C，其余步驟均與對比例I相同。滲層顯微組織圖見圖3。
[0039]對比圖1和圖2可以看出，在相同的鹽浴滲氮溫度和時間的條件下，經過350°CX30min鹽浴預氧化工藝處理后化合物層的厚度從常規鹽浴滲氮工藝的12.5μπι增加到18.3μm。此外，對比圖2和圖3可以看出，在相同的鹽浴滲氮時間條件下，鹽浴預氧化在氮化溫度為560°C時獲得的化合物層厚度仍然要大于經575°C常規鹽浴滲氮工藝處理后的化合物層厚度，這表明鹽浴預氧化能顯著降低鹽浴滲氮的溫度，從而達到節約能源的目的。
[0040]從圖4中可以看出，在相同的工藝參數條件下，經鹽浴預氧化工藝處理后45鋼具有更高的截面硬度，同時有效硬化層(高于基體50HV0.01)厚度更高。
[0041]以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。
【主權項】
1.一種通過鹽浴預氧化提高鹽浴滲氮效率的方法，其特征是:包括以下步驟: (1)將原始態鋼加工切割成試樣； (2)將試樣進行調質處理，打磨處理后在有機溶劑中進行超聲清洗、烘干； (3)將試樣放入氧化鹽浴中進行預氧化，預氧化溫度為350°C，時間為30min; (4)取出預氧化后的試樣放入裝有鹽浴的氮化爐中，鹽浴氮化，滲氮溫度為500?580°C，滲氮時間30?150分鐘； (5)取出鹽浴氮化后的試樣進行水冷，冷卻后采用DM1-3000M型光學金相顯微鏡觀察截面顯微組織，并測量化合物層厚度。2.根據權利要求1所述的一種通過鹽浴預氧化提高鹽浴滲氮效率的方法，其特征是:所述的步驟(I)中原始態鋼為優質碳素結構鋼的一種，優選45鋼，試樣尺寸為1mmXlOmmX1mm03.根據權利要求1所述的一種通過鹽浴預氧化提高鹽浴滲氮效率的方法，其特征是:所述的步驟(2)中調質處理為先升溫至830°C保溫15min，水冷至室溫，再升溫至600°C保溫40min，空冷至室溫。4.根據權利要求1所述的一種通過鹽浴預氧化提高鹽浴滲氮效率的方法，其特征是:所述的步驟(2)中打磨處理為將試樣分別用500#?2000#的SiC砂紙進行打磨至鏡面，在有機溶劑中進行超聲清洗為試樣浸泡于無水乙醇中超聲波清洗15min。5.根據權利要求1所述的一種通過鹽浴預氧化提高鹽浴滲氮效率的方法，其特征是:所述的步驟(3)中氧化鹽浴中按質量百分比計，包括硝酸鹽62?80%，碳酸鹽11?19%和氫氧化鹽8?19%，氫氧化鹽為氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或兩種，硝酸鹽為硝酸鈉、硝酸鉀中的一種或兩種，碳酸鹽為碳酸鈉、碳酸鉀中的一種或兩種。
【專利摘要】本發明涉及一種通過鹽浴預氧化提高鹽浴滲氮效率的方法，包括以下步驟：將原始態鋼加工切割成試樣；將試樣進行調質處理，打磨處理后在有機溶劑中進行超聲清洗、烘干；將試樣放入氧化鹽浴中進行預氧化；取出預氧化后的試樣放入裝有鹽浴的氮化爐中，鹽浴氮化。本發明的有益效果是：克服了常規鹽浴滲氮前采用空氣預氧化方法導致的滲氮效率較低且需要專門配置空氣加熱爐的不足；鹽浴預氧化的試樣表層形成氧化膜，鹽浴預氧化能顯著提高鹽浴滲氮的滲氮效率，提高滲層厚度；試樣表面從外到內依次形成了致密的化合物層和擴散層，能夠快速獲得需求的化合物層厚度；可采用低溫加熱獲得常規鹽浴滲氮同樣的滲氮層厚度，從而節約能源，降低生產成本。
【IPC分類】C23C8/58
【公開號】CN105568212
【申請號】CN201510953019
【發明人】胡靜, 戴明陽
【申請人】常州大學
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月17日