專利名稱：產(chǎn)生經(jīng)滲氮或碳氮共滲的鋼制零件的耐腐蝕表面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生經(jīng)滲氮或碳氮共滲的鋼制零件的耐腐蝕表面的方法。
背景技術(shù)：
幾十年來采用鋼表面的滲氮和碳氮共滲以提高鋼制零件的耐磨強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。 已知成千上萬的應(yīng)用，例如在汽車制造中曲軸的滲氮和凸輪軸的碳氮共滲。滲氮和碳氮共滲是非常相似的過程。在滲氮的情況下將元素氮引入零件表面， 而在碳氮共滲的情況下氮和以更小程度的碳擴(kuò)散進(jìn)入零件表面。這些過程一般在540至 630°C，通常在580至610°C的溫度下進(jìn)行。由于加工時間更短，在工業(yè)技術(shù)上更強(qiáng)烈地實(shí)施 碳氮共滲。碳氮共滲可以在氣體中，在等離子體中或者在熔融的鹽中實(shí)施。在碳氮共滲中，在零件表面上形成緊密的鐵氮化物層，其中在鋼合金化時還包含 合金元素的氮化物和碳氮化物。該層稱作“連接層”。其除了位于其下方的擴(kuò)散區(qū)以外首先 為硬度、韌性和耐磨性的提高負(fù)責(zé)。連接層的厚度取決于材料、加工時間和溫度，通常約為 20umo在外部區(qū)域，該連接層總是多孔的，即具有細(xì)孔。該所謂的多孔區(qū)一般到達(dá)連接層 的層厚度的10至50%的深度。在連接層厚度為20iim時，多孔區(qū)一般為2至lOiim。已知若在碳氮共滲之后接著進(jìn)行表面氧化，則經(jīng)滲氮或碳氮共滲的鋼材表面除了 上述的耐磨強(qiáng)度以外還具有高的耐腐蝕性。通過氧化而在連接層上產(chǎn)生薄的緊密的鐵氧化 物層，其可以是一微米至若干微米厚的一小部分。此外，連接層的孔用鐵氧化物填充。因此 在經(jīng)碳氮共滲的表面上產(chǎn)生鈍化層，其主要由黑色的鐵氧化物磁鐵礦(Fe304)組成，并賦予 零件高的耐腐蝕性?？梢岳脷怏w如二氧化碳、氮氧化物或水蒸汽進(jìn)行經(jīng)碳氮共滲的層的氧化。還可 將熔融的鹽用于氧化，通常利用由堿金屬氫氧化物、堿金屬硝酸鹽、堿金屬亞硝酸鹽以及堿 金屬碳酸鹽組成的鹽混合物。因此，經(jīng)處理的即經(jīng)碳氮共滲和氧化的零件除了提高的耐磨性以外還具有顯著提 高的耐腐蝕性。例如若表面在熔融的鹽中進(jìn)行碳氮共滲，則依照標(biāo)準(zhǔn)DIN EN ISO 9227 2006測得的未經(jīng)合金化的鋼材C15對于濃度為1 %的食鹽溶液在35°C下的耐腐蝕性從1小 時提高到12至24小時。但是若零件表面在碳氮共滲之后還額外進(jìn)行氧化，則進(jìn)一步提高 耐腐蝕性至500小時以上的數(shù)值。由此超過用于類似目的的通常電鍍的層如鎳或硬鉻的耐 腐蝕性。此外，經(jīng)碳氮共滲和后期氧化的層具有令人愉快的裝飾性黑顏色。但是除了鋼材表面的碳氮共滲和氧化的這些積極方面以外，還產(chǎn)生經(jīng)常被忽略的 問題。許多零件，如液壓缸、氣壓彈簧、球頭銷釘、球形萬向節(jié)、氣壓缸，不得超過功能面 上的一定粗糙度。但是現(xiàn)在通過滲氮或碳氮共滲提高了零件表面的粗糙度。隨后的氧化僅 微不足道地提高粗糙度。Rz值測量被證明是表面的粗糙度或粗糙度改變的度量，因此稱作 最大粗糙度輪廓高度(Rauheitsprofilh6he)，并且是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DIN EN ISO 4287測得的。對 于上述的零件，允許的粗糙度界限是Rz值為1. 5 y m。
作為經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，以下零件被看作是在水力學(xué)、氣體力學(xué)或氣壓彈簧中使用的零 件用于這些功能領(lǐng)域中的零件不得超過Rz = 1.5i!m的粗糙度。一般而言，這些零 件的粗糙度甚至低于1. 0 y m Rz。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)教導(dǎo)，未經(jīng)處理的零件的0. 5至1. 5i!m Rz的起始粗糙度通過在熔融的 鹽中的碳氮共滲而變?yōu)閮杀吨寥叮⑼ㄟ^隨后的氧化而提高至初始Rz值的四倍，例如在 初始狀態(tài)Rz = 1 P m，在碳氮共滲之后變?yōu)镽z = 3 y m，而在碳氮共滲及氧化之后變?yōu)镽z = 3. 5 至 4u m。該粗糙度必須通過拋光零件而再次回到所需的低于1. 5 y m的Rz值，通常低于Rz =lum.為此，在工業(yè)技術(shù)上以如下方式實(shí)施除了在包括氰酸鹽、氰化物和碳酸鹽的鹽熔體中進(jìn)行碳氮共滲以外，將零件送入 包括堿金屬氫氧化物、堿金屬碳酸鹽、堿金屬硝酸鹽和堿金屬亞硝酸鹽的氧化性熔體，并在 此于表面上氧化。同時氧化附著的殘余的碳氮共滲熔體，換而言之，在鹽浴中碳氮共滲的零 件上附著的氰酸鹽和少量的氰化物被氧化成碳酸鹽。隨后將零件在水中浸冷。然后其已經(jīng) 具有所期望的黑顏色、耐磨性和耐腐蝕性。但是，如前所述，粗糙度過高，是起始粗糙度的兩 倍、三倍或者甚至四倍的數(shù)值。因此，將零件從裝料支架取下，并拋光。在此，利用拋光圓 盤、拋光帶，通過用玻璃珠噴射或者通過在振動拋光機(jī)中用拋光石磨光，從而在經(jīng)氧化的表 面上再次產(chǎn)生大約Rz = 1 P m或者更低的符合要求的粗糙度。但是通過所述拋光會去除一部分耐腐蝕的鈍化層，從而導(dǎo)致在經(jīng)過一次氧化和拋 光之后殘留的層的耐腐蝕性不再滿足要求。因此，再一次將經(jīng)滲氮、氧化和拋光的零件安裝 在裝料支架上，并引入氧化性鹽熔體中歷時15至60分鐘，通常為30分鐘。在此，將通過拋 光損害的表面重新氧化，并進(jìn)行準(zhǔn)(擬)修復(fù)。在與第一次氧化相同的氧化熔體中進(jìn)行第 二次氧化。在該第二次氧化中，因?yàn)榭滓呀?jīng)被氧化，而且連接層的尖端已經(jīng)被去除，所以不 會明顯提高粗糙度。在第二次氧化之后，再次將零件在水中浸冷，可能利用氈輪或織巾在不 使用研磨介質(zhì)的情況下擦凈，或者清除水斑和附著的表面污物，并加油。然后其是安裝完畢 的。該方法在技術(shù)上稱作QPQ法?？s寫代表淬火_拋光-淬火。在此，“Q”均代表在氧化 性鹽熔體中氧化。該方法在氣壓彈簧的球形萬向節(jié)銷釘或連桿的情況下獲得突出的耐腐蝕性以及 粗糙度值Rz < 1. 5 ym，通常甚至低于0.7 ym的足夠光滑且耐磨的表面。但是，該目前在大規(guī)模上通常的方法具有重大的經(jīng)濟(jì)上的缺點(diǎn)。在氧化表面之后， 必須將零件從裝料支架取下，并設(shè)置在拋光機(jī)上。在拋光之后，必須重新清潔部件，并通常 以手工操作再一次將其安裝在裝料支架上，從而在QPQ方法流程中送至第二次氧化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是基于以下目的，提供用于產(chǎn)生經(jīng)滲氮或碳氮共滲的具有低粗糙度的耐腐 蝕表面的零件的合理的方法。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案，用于產(chǎn)生經(jīng)滲氮或碳氮共滲的鋼制零件的粗糙度輪 廓高度Rz > 1. 5 y m的耐腐蝕表面的方法包括以下方法步驟對經(jīng)滲氮或碳氮共滲的零件 的表面進(jìn)行氧化作為第一氧化步驟，在緊接著的氧化步驟中對零件表面進(jìn)行至少一次第二
6氧化，在最后一次氧化之后緊接著的最終方法步驟中拋光零件表面。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案，用于產(chǎn)生經(jīng)滲氮或碳氮共滲的鋼制零件的粗糙度輪 廓高度Rz < 1. 5 y m的耐腐蝕表面的方法包括以下方法步驟在包含鋰離子的鹽熔體中對 經(jīng)滲氮或碳氮共滲的零件的表面進(jìn)行氧化，在氧化之后緊接著的最終方法步驟中拋光零件 表面。在本發(fā)明的兩個實(shí)施方案中，在經(jīng)滲氮或碳氮共滲的鋼制零件的情況下，合理產(chǎn) 生具有低粗糙度高度的耐腐蝕的表面。這是由于，零件表面的拋光僅為表面處理的最后的 方法步驟。由此，僅需將零件安裝在支架上一次，其中在該支架上不僅對零件進(jìn)行滲氮或碳 氮共滲。而且還實(shí)施用于產(chǎn)生耐腐蝕表面的所有的氧化步驟，從而在將零件取下之后僅僅 必須實(shí)施作為最后的方法步驟的拋光。與現(xiàn)有技術(shù)已知的同樣獲得低粗糙度的耐腐蝕的零件表面的QPQ法不同，氧化處 理不再必須被拋光步驟中斷，從而省略了目前所需的多次安裝和取下零件。與提供在粗糙度和耐腐蝕性方面的相同結(jié)果的QPQ加工順序相比，根據(jù)本發(fā)明的 方法使加工時間縮短約25%，并且節(jié)省加工成本20至35%。本發(fā)明方法的前提是，使用在零件上形成足夠強(qiáng)的致密的牢固粘著的氧化物層即 化學(xué)鈍化層的適當(dāng)?shù)难趸越橘|(zhì)，以使在氧化經(jīng)滲氮或碳氮共滲的表面之后的拋光不再導(dǎo) 致耐腐蝕性的下降，從而在拋光之后不再需要氧化。本發(fā)明的第一實(shí)施方案形成QQP過程或者一般而言QnP過程，其中在滲氮或碳氮 共滲之后緊接著實(shí)施兩次或一般而言n次氧化過程(Q代表淬火)，而在最后一次氧化步驟 之后立即實(shí)施最后的拋光過程(P代表拋光)。在熔融的鹽浴(鹽熔體)中對零件表面實(shí)施碳氮共滲的情況下，有利的是可以在 與消毒反應(yīng)相結(jié)合的第一次氧化之后在另一個獨(dú)立的鹽浴中或者在強(qiáng)氧化性的含水的堿 性介質(zhì)中進(jìn)行第二次氧化。在此，第二氧化浴的化學(xué)組成可以不同于第一氧化浴。在氣體或 等離子體促進(jìn)的碳氮共滲法中，氧化性介質(zhì)通常為水蒸汽或者由水蒸汽、氧氣、空氣或二氧 化碳組成的混合物。氧化性介質(zhì)的工藝參數(shù)尤其是停留時間和溫度可以不同。產(chǎn)生可拋光 的表面的原因在于，通過依次進(jìn)行的多次氧化(QrQn)使得所形成的Fe304鈍化層與工件表 面結(jié)合得越來越強(qiáng)，由于依次緊接著進(jìn)行的多次氧化而使在Fe304中本身所包含的孔封閉。本發(fā)明的第二實(shí)施方案是QP法，即在該實(shí)施方案中僅單次氧化就可以是足夠 的。為此，強(qiáng)制性要求氧化性介質(zhì)是鹽熔體，并且包含濃度優(yōu)選至少為0. 25至9. 0%的鋰 離子(Li.)。所述氧化性介質(zhì)中的鋰離子濃度優(yōu)選為1至2重量％。鋰離子優(yōu)選以碳酸鋰 (Li2C03)、硝酸鋰(LiN03)或氯化鋰(LiCl)的鹽的形式引入。在氧化性介質(zhì)中存在鋰離子 時，在零件表面上不僅形成鐵氧化物(Fe304)，而且形成由Fe304與鋰的氧化物和二氧化物如 Li2Fe305、Li2Fe204和Li2Fe02組成的混合物。由混合氧化物構(gòu)成的表面是特別致密的、牢固 粘著且可拋光的表面，其允許通過拋光產(chǎn)生Rz < 1. 5 ym的最大粗糙度輪廓高度，而不會喪 失該表面的耐腐蝕性。根據(jù)本發(fā)明的方法一般適合于在鋼制零件的情況下產(chǎn)生具有低粗糙度的耐腐蝕 性零件表面。所述零件可以是液壓系統(tǒng)中的汽缸、活塞或管材。此外，所述零件還可以是氣 壓彈簧或氣動系統(tǒng)中的球頭銷釘(Kegelbolzen)、球形萬向節(jié)或連桿。下面依照附圖和實(shí)施例闡述本發(fā)明。


圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)已知的QPQ過程的流程圖。圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的QQP過程的流程圖。圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的QnP過程的流程圖。圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的QP過程的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)已知的用于產(chǎn)生經(jīng)碳氮共滲的鋼制零件的具有低粗糙度高 度的耐腐蝕性零件表面的QPQ法。在圖1中，如同其他的圖2至4，將以下縮寫用于所示過程的單個方法步驟。CH將零件安裝在支架上NC對零件碳氮共滲或滲氮Q、Qi至Qn 對零件氧化D-CH將零件從支架取下/取出P對零件拋光在此，圖1至4定性地顯示單個方法步驟的溫度。在圖1所示的方法中，首先將零件裝載在支架上，即安裝(CH)零件。然后對零件碳 氮共滲(NC)，并在隨后的方法步驟中進(jìn)行氧化(Q)。隨后取下(D-CH)零件，即從支架取出， 從而可以在隨后的方法步驟中對零件進(jìn)行拋光(P)，由此可以減少表面至小于1. 5 y m的粗 糙度高度。但是這伴隨著零件表面的耐腐蝕性的損害，因而必須再次將零件裝載在支架上 以進(jìn)行后期處理，然后再次將其送至氧化處理(Q)。圖2所示為本發(fā)明方法的第一實(shí)施方案。該方法是QQP法。在第一方法步驟中， 將零件安裝(CH)在支架上。隨后對零件碳氮共滲(NC)。緊接著實(shí)施兩次氧化過程(Q)，即 在依次緊接著進(jìn)行的兩個氧化步驟中對零件進(jìn)行氧化。然后取下(D-CH)零件，隨后對零件 進(jìn)行拋光(P)。通過拋光，對于零件表面獲得Rz < 1. 5 y m的粗糙度高度。通過兩個預(yù)先實(shí) 施的氧化步驟，在零件表面上獲得足夠強(qiáng)的致密的粘著性氧化層，從而不會由于拋光而明 顯損害零件表面的耐腐蝕性。因此，不再需要在拋光過程之后其他的氧化步驟，即拋光過程 是該方法最后的方法步驟。但是，由此可以避免在QPQ法中仍然需要的取下中間步驟和在 拋光過程之后的安裝中間步驟(如圖1中陰影所示)，從而顯著地節(jié)省了時間和成本。圖3中所示的本發(fā)明方法的第二實(shí)施方案是QnP過程。該方法與根據(jù)圖2的實(shí)施 方案的區(qū)別僅在于，代替兩個氧化步驟而是在對零件碳氮共滲之后立即實(shí)施n個氧化步驟 (^ Qn。在該QnP過程中也省略了在根據(jù)圖1的QPQ法中仍然需要的在拋光之前的取下中 間步驟和在拋光之后的安裝中間步驟(如圖1中陰影所示)。在根據(jù)圖2和3的方法中，可以使用鹽熔體以實(shí)施所有的氧化步驟(即圖2中的 兩個Q過程及圖3中的Qr"Qn過程)。單個氧化步驟的鹽熔體可以具有不同的組成。氧化步驟的工藝條件可以相同或不 同。選擇性地，針對單個氧化步驟可以使用具有相同組成的鹽熔體，則氧化步驟在工
8藝條件尤其是停留時間和溫度方面有區(qū)別。用于在所述方法中實(shí)施氧化步驟的鹽熔體優(yōu)選由以下組分組成10-50 重量 ％ NaN030-40 重量 ％ KN030-20 重量 ％ NaN0220-70 重量 ％ NaOH0-60 重量 ％ K0H3-30 重量 ％ Na2C033-30 重量 ％ K2C030-10 重量 ％ Li2C03該鹽熔體特別優(yōu)選由以下組分組成5-15 重量 ％ NaN031-15 重量 ％ NaN0220-30 重量 ％ NaOH0-60 重量 ％ K0H20-40 重量 ％ Na2C03為了實(shí)施氧化步驟，停留時間優(yōu)選在5至120分鐘，更優(yōu)選在30至40分鐘的范圍 內(nèi)。溫度優(yōu)選在300。C至500。C，更優(yōu)選在380 V至430°C的范圍內(nèi)。在根據(jù)圖2和3的方法的一個選擇性的實(shí)施方案中，對于第一氧化步驟均可以使 用鹽熔體，而對于其他的氧化步驟可以使用強(qiáng)氧化性的堿性含水介質(zhì)，如Brtoier浴或類
似的介質(zhì)。
該含水介質(zhì)優(yōu)選由以下組分組成
35-60重量％水
3-15重量％NaN03
1-10重量％NaN02
0-5重量％NaCl
0-5重量％硫代硫酸鈉
30-50重量％NaOH
30-50重量％KOH
0-5重量％LiCl
0-5重量％Li具
0-5重量％Na4P207
該含水介質(zhì)特別優(yōu)選由以下組分組成
40-50重量％水
5-10重量％NaN03
1-5重量％NaN02
0. 5-2重量％NaCl
0. 5-2重量％硫代硫酸鈉
40-45重量％NaOH
9
該含水介質(zhì)在120°C至160°C，優(yōu)選135°C至140°C的溫度下保持在沸騰狀態(tài)下。在 此，對零件的處理時間在5至120分鐘的范圍內(nèi)，優(yōu)選為30分鐘。圖4所示為本發(fā)明方法以QP過程的形式的改變的實(shí)施方案。根據(jù)圖4的方法與 根據(jù)圖2的方法的區(qū)別僅在于，代替兩個氧化步驟而是僅需對零件實(shí)施一次氧化(Q)。雖然 在拋光(P)之前僅實(shí)施一次氧化步驟，但是無需在拋光之后再一次對零件進(jìn)行氧化。這是因?yàn)?，在根?jù)圖4的方法中利用含有鋰離子的特殊的鹽熔體實(shí)施氧化步驟。 在此，該鹽熔體包含濃度至少為0.25至9.0%的鋰離子(Li+)。鋰離子的濃度優(yōu)選為1至2 重量％。鋰離子優(yōu)選以碳酸鋰(Li2CO3)、硝酸鋰(LiNO3)或氯化鋰(LiCl)的鹽的形式引入。 在氧化性介質(zhì)中存在鋰離子時，在零件表面上不僅形成鐵氧化物(Fe3O4),而且形成由Fe3O4 與鋰的氧化物和二氧化物如Li2Fe305、Li2Fe2O4和Li2FeO2組成的混合物。由混合氧化物構(gòu) 成的表面是特別致密的、牢固粘著且可拋光的表面，其允許通過拋光產(chǎn)生Rz < 1. 5μπι的最 大粗糙度輪廓高度，而不會喪失該表面的耐腐蝕性。包含鋰離子的鹽熔體優(yōu)選由以下組分組成
20-50重量％NaNO3
0-40重量％KNO3
0-5重量％NaNO2
20-60重量％NaOH
0-20重量％KOH
3-25重量％Na2CO3
3-15重量％K2CO3
1-30重量％Li2CO3
1-10重量％Li2NO3
1-10重量％LiCl
該鹽熔體特別優(yōu)選由以下組分組成
30-40重量％NaNO3
2重量％NaNO2
40-50重量％NaOH
3-8重量％Na2CO3
3-8重量％K2CO3
1. 5-10 重量 ％Li2CO3
0-2重量％Li2NO3
用于根據(jù)圖4的方法的鹽熔體原則上也可以用于實(shí)施在根據(jù)圖2和3的方法中的第一氧化步驟。
以下實(shí)施例用于進(jìn)一步闡述根據(jù)本發(fā)明的方法。
實(shí)施例1
將104件用于氣動閥門的由材料C45制成的長度為18cm且直徑為12mm的連桿在
鈦制坩鍋中的TF1 碳氮共滲鹽浴中在所謂的Tenifer 法的標(biāo)準(zhǔn)工藝條件(氰酸鹽含量 為37. 5重量％，氰化物含量為4. 2重量％，鐵含量小于200ppm，溫度為580°C +/-5°C，熔體 中的Na+/K+比例約為20/80)下進(jìn)行碳氮共滲90分鐘，從而產(chǎn)生厚度為18至21 μ m的連接層。在對原始零件進(jìn)行處理之前，根據(jù)DIN EN ISO 4287對2件連桿在長度方向上的3個 不同位置測得的經(jīng)算術(shù)平均的平均粗糙度為0. 52 μ m Rz。在鹽浴碳氮共滲之后，取出2件連桿，并在水中浸冷。對于所述零件，以同樣方式 測得的粗糙度上升至Rz = 1. 82 μ m的平均值。將剩余的102件連桿在碳氮共滲之后在以下組成的氧化性鹽浴中進(jìn)行處理NaNO3 10 重量 ％，NaNO2 3 重量 ％，NaOH 10 重量 ％，KOH 45 重量 ％，Na2CO3 32 重 量％。溫度為410°C，停留時間為20分鐘。將所述零件在氧化之后在水中冷卻，并干燥。其 具有暗黑色表面。取出2件連桿并進(jìn)行測量。分別在3個測量點(diǎn)測得的粗糙度的平均值為 Rz = 2. 02 μ m。以如下方式進(jìn)一步處理剩余的100件連桿利用超精細(xì)拋光機(jī)工業(yè)產(chǎn)品“Loeser”使用粒度1000的精細(xì)的剛玉砂帶拋光25 件連桿至Rz = 0. 57 μ m的粗糙度，并引入根據(jù)DIN EN IS09227的鹽水噴霧試驗(yàn)中。在零 件的功能性表面上出現(xiàn)第一個銹蝕點(diǎn)作為失效判據(jù)。對23件連桿算術(shù)平均之后獲得的所 述連桿的平均耐用度為72小時，其中沒有連桿超過196小時的獨(dú)立耐用度，在196小時之
后停止試驗(yàn)。利用相同的拋光機(jī)對25件連桿進(jìn)行研磨至粗糙度為Rz = 0.57μπι，但是然后再 一次安裝，并引入上述的氧化性鹽浴中，再一次在420°C下進(jìn)行氧化30分鐘，然后重新在 水中冷卻，并干燥。該方法對應(yīng)于根據(jù)圖1的QPQ過程。如此處理的連桿的平均粗糙度為 0. 67ym Rz，并送至鹽水噴霧試驗(yàn)。對23件連桿測量并算術(shù)平均獲得的所述連桿的平均耐 用度為496小時，其中個別連桿的耐用度為720小時(30天)，在720小時的時候停止試驗(yàn)。 在求平均的情況下，所述連桿的耐用度采用720小時。在功能性表面上出現(xiàn)第一個銹蝕點(diǎn) 作為失效判據(jù)。在第一氧化之后將50件連桿放置在裝料支架上，隨后引入以下組成的第二氧化 性鹽熔體中NaNO3 30 重量 ％，NaNO2 2 重量 ％，NaOH 39 重量 ％，Na2CO3 20 重量 ％，Li2CO3 9 重 量％，在425°C的溫度下氧化35分鐘，然后在水中浸冷，并干燥。如此處理的連桿的平均粗 糙度為Rz = 2. 14 μ m。利用超精細(xì)拋光機(jī)工業(yè)產(chǎn)品“Loeser”使用精細(xì)的砂帶拋光如此處 理的連桿至Rz = 0. 62 μ m的平均粗糙度。該方法對應(yīng)于本發(fā)明根據(jù)圖2的QQP過程。然后將所述連桿引入根據(jù)DIN EN ISO 9227的鹽水噴霧試驗(yàn)中。在功能性表面上 出現(xiàn)第一個銹蝕點(diǎn)作為失效判據(jù)。對48件連桿算術(shù)平均之后獲得的所述連桿的平均耐用 度為498小時，在720小時的時候停止試驗(yàn)，在試驗(yàn)中仍有2件連桿未發(fā)現(xiàn)銹蝕點(diǎn)。在求平 均的情況下，這2件連桿的耐用度采用720小時。該實(shí)施例表明，與被拋光中斷的兩次氧化處理相比，依次對經(jīng)碳氮共滲的表面實(shí) 施兩次氧化并在最后才進(jìn)行拋光的方法流程在鹽水噴霧試驗(yàn)中顯示出相同或者甚至更佳 的耐腐蝕性。實(shí)施例2將27件用作氣壓彈簧中的連桿的由材料C35制成的長度為27cm且直徑為8mm 的連桿在鈦制坩堝中的TF1 碳氮共滲鹽浴中在以下根據(jù)所謂的Tenifer 法的工藝條 件(氰酸鹽含量為37. 5重量％，氰化物含量為4. 2重量％，鐵含量小于200ppm)下在
116000C +/"50C的溫度下進(jìn)行碳氮共滲60分鐘，從而產(chǎn)生厚度為18至22 μ m的連接層。在對 原始零件進(jìn)行處理之前，根據(jù)DIN EN ISO 4287對2件連桿在長度方向上的3個不同位置 測得的經(jīng)算術(shù)平均的平均粗糙度為0.62 μ m Rz0將所述連桿從碳氮共滲鹽浴取出，并在含 有鋰的氧化性鹽浴中于430°C下氧化45分鐘，其中該熔體由以下組分組成NaNO3 30 重量 ％，NaNO2 2 重量 ％，NaOH 45 重量 ％，KOH 5 重量 ％，Na2CO3 5 重 量％，1(20)3 5重量％，Li2C03 5重量％，LiN03 3重量％。如此處理的連桿在水中冷卻及清洗 之后具有Rz = 2. 68 μ m的平均粗糙度。首先對其用平均粒徑為75 μ m的玻璃珠在1. 5bar 的壓力下進(jìn)行噴射，然后在拋光機(jī)工業(yè)產(chǎn)品“Loeser”上使用粒度1000的砂帶極精細(xì)地拋 光至Rz = 0. 66 μ m的平均粗糙度。該方法的改變的實(shí)施方案對應(yīng)于根據(jù)圖4的方法。然后 將所述連桿引入根據(jù)DIN EN ISO 9227的鹽水噴霧試驗(yàn)中。在表面上出現(xiàn)第一個銹蝕點(diǎn)作 為失效判據(jù)。對25件連桿算術(shù)平均之后獲得的所述連桿的平均耐用度為420小時，在720 小時的時候停止試驗(yàn)，在試驗(yàn)中仍有1件連桿未發(fā)現(xiàn)銹蝕點(diǎn)。在求平均的情況下，所述連桿 的耐用度采用720小時。該實(shí)施例表明，在使用適當(dāng)?shù)暮袖嚨柠}熔體以氧化零件表面時，簡單的氧化已 經(jīng)足以產(chǎn)生所期望的可拋光的耐腐蝕的表面。實(shí)施例3如同實(shí)施例(2)，將27件用作氣壓彈簧中的連桿的由材料C35制成的長度為27cm 且直徑為8mm的連桿在鈦制坩堝中的TF1 碳氮共滲鹽浴中在以下根據(jù)所謂的Tenifer 法的工藝條件(氰酸鹽含量為37. 5重量％，氰化物含量為4. 2重量％，鐵含量小于200ppm) 下在600°C +/"5°C的溫度下進(jìn)行碳氮共滲60分鐘，從而產(chǎn)生厚度為18至22 μ m的連接層。 如同實(shí)施例(2)，在對原始零件進(jìn)行處理之前，根據(jù)DIN EN ISO 4287對2件連桿在長度方 向上的3個不同位置測得的經(jīng)算術(shù)平均的平均粗糙度為0. 62 μ m Rz。將所述連桿從碳氮共 滲鹽浴取出，并在具有以下組成的含有鋰的氧化性鹽浴中于430°C下氧化45分鐘NaNO3 30 重量 ％，NaNO2 1 重量 ％，NaOH 40 重量 ％，KOH 5 重量 ％，Na2CO3 10 重 量％，K2CO3 5重量％，Li2CO3 8重量％，然后在水中浸冷。將仍然潮濕的連桿進(jìn)一步在沸 騰的氧化性介質(zhì)中在142°C下繼續(xù)氧化25分鐘，其中含水的介質(zhì)由以下組分組成水39重 量％，NaNO3 10 重量％，NaNO2 3 重量％，NaCl 1 重量％，Na2S2O3 1 重量％，NaOH 45 重量％， LiNO3 1重量％，然后取出，洗滌及干燥。然后將所述連桿在拋光機(jī)工業(yè)產(chǎn)品“Loeser”上使 用粒度1000的砂帶極精細(xì)地拋光至Rz = 0. 72 μ m的平均粗糙度。該方法的改變的實(shí)施方 案對應(yīng)于根據(jù)圖2的方法。然后將經(jīng)拋光的連桿引入根據(jù)DIN EN ISO 9227的鹽水噴霧試 驗(yàn)中。在表面上出現(xiàn)第一個銹蝕點(diǎn)作為失效判據(jù)。對25件連桿算術(shù)平均之后獲得的所述 連桿的平均耐用度為414小時，在500小時的時候停止試驗(yàn)，在試驗(yàn)中仍有1件連桿未發(fā)現(xiàn) 銹蝕點(diǎn)。在求平均的情況下，所述連桿的耐用度采用500小時。TF1 和Tenifer 是曼海姆的Durferrit有限公司的注冊商標(biāo)。
1權(quán)利要求
用于產(chǎn)生經(jīng)滲氮或碳氮共滲的鋼制零件的粗糙度輪廓高度Rz≤1.5μm的耐腐蝕表面的方法，其包括以下方法步驟對經(jīng)滲氮或碳氮共滲的零件的表面進(jìn)行氧化作為第一氧化步驟，在緊接著的氧化步驟中對零件表面進(jìn)行至少一次第二氧化，在最后一次氧化之后緊接著的最終方法步驟中拋光零件表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在實(shí)施多于2次氧化的情況下，所有的氧化步 驟是依次緊接著進(jìn)行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，均使用鹽熔體以實(shí)施所有的氧化步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，用于氧化步驟的鹽熔體具有不同的組成，而氧 化步驟的工藝條件是相同或不同的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，用于氧化步驟的鹽熔體具有相同的組成，但是 氧化步驟的工藝條件是不同的。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5之一的方法，其特征在于，用于實(shí)施氧化步驟的鹽熔體由以下組 分組成10-50 重量 ％ NaNO3 0-40 重量 ％ KNO3 0-20 重量 ％ NaNO2 20-70 重量 ％ NaOH 0-60 重量 ％ KOH 3-30 重量 ％ Na2CO3 3-30 重量 ％ K2CO30-10重量 ％ Li2CO30
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，所述鹽熔體由以下組分組成 5-15 重量 ％ NaNO31-15重量 ％ NaNO2 20-30 重量 ％ NaOH0-60重量 ％ KOH 20-40 重量 ％ Na2C03。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7之一的方法，其特征在于，為了利用鹽熔體實(shí)施氧化步驟，停留 時間為5至120分鐘，優(yōu)選為30至40分鐘，而溫度為300 V至500 V，優(yōu)選為380 V至430 V。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，使用鹽熔體以實(shí)施第一氧化步驟，均使用 強(qiáng)氧化性的堿性含水介質(zhì)，尤其是Brtoier浴或類似Brtoier浴的介質(zhì)的形式，以實(shí)施后續(xù) 的氧化步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于，所述強(qiáng)氧化性的堿性含水介質(zhì)由以下組分組成35-60重量％水 3-15 重量 ％ NaNO31-10重量 ％ NaNO2 0-5 重量 ％ NaCl0-5重量％ 硫代硫酸鈉.30-50 重量 ％ NaOH 30-50 重量 ％ KOH 0-5 重量％ LiCl 0-5 重量 ％ Li2NO3.0-5Mfi % Na4P207。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，所述強(qiáng)氧化性的堿性含水介質(zhì)由以下組分 組成40-50重量％水 5-10 重量 ％ NaNO3.1-5重量 ％ NaNO2 0.5-2 重量 ％ NaCl 0.5-2重量％硫代硫酸鈉 40-45 重量 ％ NaOH。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的方法，其特征在于，所述強(qiáng)氧化性的堿性含水介質(zhì)在 120°C至160°C，優(yōu)選135°C至140°C的溫度下保持在沸騰狀態(tài)下，而在沸騰的介質(zhì)中對零件 的處理時間為5至120分鐘，優(yōu)選為30分鐘。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12之一的方法，其特征在于，使用含有鋰離子的鹽熔體以實(shí)施第 一氧化步驟，使用其他的鹽熔體或強(qiáng)氧化性的堿性含水介質(zhì)以實(shí)施其他的氧化步驟。
14.用于產(chǎn)生經(jīng)滲氮或碳氮共滲的鋼制零件的粗糙度輪廓高度Rz< 1. 5 μ m的耐腐蝕 表面的方法，其包括以下方法步驟在包含鋰離子的鹽熔體中對經(jīng)滲氮或碳氮共滲的零件 的表面進(jìn)行氧化，在氧化之后緊接著的最終方法步驟中拋光零件表面。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14的方法，其特征在于，用于實(shí)施第一氧化步驟或單個氧化步 驟的鹽熔體包含濃度為0. 25重量％至9. 0重量％，優(yōu)選1重量％至2重量％的鋰離子。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于，所述包含鋰離子的鹽熔體由以下組分組成 20-50 重量 ％ NaNO3.0-40 重量 ％ KNO3 0-5 重量 ％ NaNO2 20-60 重量 ％ NaOH.0-20重量 ％ KOH 3-25 重量 ％ Na2CO3 3-15 重量 ％ K2CO3.1-30重量 ％ Li2CO3 1-10 重量 ％ Li2NO3 1-10 重量％ LiCl。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，所述包含鋰離子的鹽熔體由以下組分組成 30-40 重量 ％ NaNO3.2 重量 ％ NaNO2 40-50 重量 ％ NaOH 3-8 重量 ％ Na2CO33-8 重量 ％ K2CO3 1.5-10 重量 ％ Li2CO30-2 重量 ％ Li2NO30
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17之一的方法獲得的具有粗糙度輪廓高度Rz < 1. 5 μ m的經(jīng)氧 化的表面的經(jīng)碳氮共滲或滲氮的鋼制零件，其中所述零件是液壓系統(tǒng)中的汽缸、活塞或管 材，或者是作為氣壓彈簧或氣動系統(tǒng)中的組件的球頭銷釘或球形萬向節(jié)或連桿。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生經(jīng)滲氮或碳氮共滲的鋼制零件的粗糙度輪廓高度Rz≥1.5μm的耐腐蝕表面的方法，其包括以下方法步驟對經(jīng)滲氮或碳氮共滲的零件的表面進(jìn)行氧化作為第一氧化步驟，在緊接著的氧化步驟中對零件表面進(jìn)行至少一次第二氧化，在最后一次氧化之后緊接著的最終方法步驟中拋光零件表面。
文檔編號C23C8/32GK101896632SQ200880120768
公開日2010年11月24日 申請日期2008年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月13日
發(fā)明者U·鮑迪斯 申請人:杜費(fèi)里特有限責(zé)任公司