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(shù)領(lǐng)域：
本文描述了用于對(duì)金屬制品或部件進(jìn)行熱處理和/或熱化學(xué)的擴(kuò)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(shù)：
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(jià)值。這些鋼含有高水平的鉻(Cr)以及鎳(Ni)和/或錳(Mn) 以幫助穩(wěn)定其奧氏體結(jié)構(gòu)。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(jí)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(guò)氮化處理和硬化表面，所述氮化是在低合金和碳鋼領(lǐng)域中經(jīng)過(guò)充分證明的便宜的、熱化學(xué)擴(kuò)散過(guò)程。不幸的是，在金屬表面上形成鈍化氧化物膜充當(dāng)致密的擴(kuò)散阻擋，從而防止常規(guī)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(guān)的能量進(jìn)行了比較。所有能量(每個(gè)氧和/或金屬原子)比和狗氧化物相關(guān)的能量更負(fù)，這表明有形成鈍化的氧化物膜的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)抑制了常規(guī)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(quán)利要求
1.氮化金屬制品以提供經(jīng)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(chǎn)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(guò)注入所述氣體氣氛通過(guò)電弧活化裝置來(lái)進(jìn)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(guò)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(gè)或多個(gè)氮化溫度加熱所述金屬制品足以提供所述經(jīng)處理的表面的時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)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(cái)％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(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述氮源氣體是選自氮?dú)?、氨和其組合的至少之一。
4.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述烴氣體包含CH4。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述氮化性氣體氣氛包含氮?dú)狻焙椭辽僖环N烴氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中在所述氮?dú)?氨-烴氣體摻混物中氨對(duì)烴氣體的摩爾比采用中央處理單元進(jìn)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(guò)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(duì)高度合金化的金屬制品進(jìn)行氮化的方法和裝置。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法和裝置采用在無(wú)氧氮化性氣體氣氛中的至少一個(gè)氮源氣體比如氮?dú)夂?或氨，并少量添加有一種或多種烴。在這一或其它實(shí)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(wú)需在先的表面預(yù)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(duì)從源通往氮化爐子的所述氮化性氣氛物流進(jìn)行活化。
文檔編號(hào)C23C8/36GK102260843SQ20111015991
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月24日
發(fā)明者X·王, Z·祖爾基 申請(qǐng)人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司