專利名稱：一種鑄鐵零部件的表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明本發(fā)明涉及一種鑄鐵零部件的表面處理方法，可以提高零部件的耐磨損、 耐腐蝕、低摩擦系數(shù)。屬于金屬表面處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鑄鐵是指含碳量在2%以上的鐵碳合金。工業(yè)用鑄鐵一般含碳量為2% 4%。碳在鑄鐵中多以石墨形態(tài)存在，有時也以滲碳體形態(tài)存在。除碳外，鑄鐵中還含有 3% 的硅，以及錳、磷、硫等元素。合金鑄鐵還含有鎳、鉻、鉬、鋁、銅、硼、釩等元素。碳、硅是影響鑄鐵顯微組織和性能的主要元素。鑄鐵可分為1、灰口鑄鐵。含碳量較高O. 7% 4.0%)， 碳主要以片狀石墨形態(tài)存在，斷口呈灰色，簡稱灰鐵。熔點低(1145 1250°C)，凝固時收縮量小，抗壓強度和硬度接近碳素鋼，減震性好。用于制造機床床身、汽缸、箱體等結(jié)構(gòu)件。 2、白口鑄鐵。碳、硅含量較低，碳主要以滲碳體形態(tài)存在，斷口呈銀白色。凝固時收縮大，易產(chǎn)生縮孔、裂紋。硬度高，脆性大，不能承受沖擊載荷。多用作可鍛鑄鐵的坯件和制作耐磨損的零部件。3、可鍛鑄鐵。由白口鑄鐵退火處理后獲得，石墨呈團絮狀分布，簡稱韌鐵。其組織性能均勻，耐磨損，有良好的塑性和韌性。用于制造形狀復(fù)雜、能承受強動載荷的零件。 4、球墨鑄鐵。將灰口鑄鐵鐵水經(jīng)球化處理后獲得，析出的石墨呈球狀，簡稱球鐵。比普通灰口鑄鐵有較高強度、較好韌性和塑性。用于制造內(nèi)燃機、汽車零部件及農(nóng)機具等。5、蠕墨鑄鐵。將灰口鑄鐵鐵水經(jīng)蠕化處理后獲得，析出的石墨呈蠕蟲狀。力學(xué)性能與球墨鑄鐵相近， 鑄造性能介于灰口鑄鐵與球墨鑄鐵之間。用于制造汽車的零部件。6、合金鑄鐵。普通鑄鐵加入適量合金元素(如硅、錳、磷、鎳、鉻、鉬、銅、鋁、硼、釩、錫等)獲得。合金元素使鑄鐵的基體組織發(fā)生變化，從而具有相應(yīng)的耐熱、耐磨、耐蝕、耐低溫或無磁等特性。用于制造礦山、化工機械和儀器、儀表等的零部件。通常鑄鐵的密度為7. 22g/cm3,密度不高，且鑄造工藝容易產(chǎn)生微氣孔或微裂紋， 給下一步要求表面耐磨或抗氧化、耐腐蝕的鑄件表面處理帶來質(zhì)量隱患，如在常規(guī)鑄鐵零件上進行電鍍硬鉻、氮化、QPQ鹽浴等表面工藝的質(zhì)量問題都比較多。而傳統(tǒng)的“滲氮”、“滲硫”、“滲鉻”均只能單一進行，單一的滲層組織不僅滲層脆性大、容易剝落，也不能完全同時滿足高壽命鑄鐵零件表面高硬度、耐腐蝕、降低摩擦系數(shù)、提高疲勞強度的要求，而且滲鉻和液態(tài)滲氮屬于液態(tài)滲，不能用于帶盲孔和小孔的部件尤其是鑄鐵零件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是為了提供一種鑄鐵零部件的表面處理方法，以提高鑄鐵部件的表面硬度、耐磨性、耐腐蝕性能以及抗疲勞開裂的能力，降低鑄鐵的磨損率，減少表面缺陷和產(chǎn)生疲勞裂紋的傾向，提高鑄鐵部件的疲勞強度和抗蝕性能。本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到一種鑄鐵零部件的表面處理方法，其特征在于按以下步驟進行1)首先將待處理的鑄鐵零部件依次進行去脂、酸性活化、去離子水洗處理；
2)然后對該鑄鐵零部件進行烘干處理，去除表面的殘留水；3)再接著對烘干后的鑄鐵零部件進行氣體滲氮硫鉻處理，使鑄鐵零部件的表面形成一層氮硫鉻鐵化合物的滲層組織結(jié)構(gòu)，該滲層組織結(jié)構(gòu)厚度為15 45微米；4)對步驟幻所得的鑄鐵零部件進行拋光處理，去除表面疏松層；5)對步驟4)所得的鑄鐵零件進行氧化處理，使鑄鐵零件的滲層組織結(jié)構(gòu)表面覆蓋一層致密氧化層。本發(fā)明的目的還可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到本發(fā)明的一種實施方案是將步驟幻 5)重復(fù)二次或二次以上。優(yōu)選重復(fù)2-3 次。本發(fā)明的一種實施方案是步驟幻中所述的氣體滲氮硫鉻處理是指在鹽浴爐中采用氣態(tài)的含硫鉻絡(luò)合物與氨氣的混合氣體進行處理，溫度為480 650°C，時間為30 150mino在溫度為480 650°C，氣態(tài)硫鉻絡(luò)合物與氨氣均離子化，很容易與鑄鐵零件形成氮硫鉻鐵化合物，而傳統(tǒng)的“滲氮”、“滲硫”、“滲鉻”均只能單一進行，單一的滲層組織不僅滲層脆性大、容易剝落，也不能完全同時滿足高壽命鑄鐵零件表面高硬度、耐腐蝕、降低摩擦系數(shù)、提高疲勞強度的要求，而且滲鉻和液態(tài)滲氮屬于液態(tài)滲，不能用于帶盲孔和小孔的部件尤其是鑄鐵零件。本發(fā)明的一種實施方案是所述含硫鉻絡(luò)合物為含硫化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質(zhì)量比為99 1 1 99 ；或者是所述含硫鉻絡(luò)合物為硫酸鉻銨、鉻酰氯的二硫化碳溶液、硫酸鉻銨甲酰胺溶液中的一種或二種以上的組合。本發(fā)明的一種實施方案是所述含硫化合物為硫醇(如=C2H5SH)、硫酚(如 C6H5SH)、硫醚(如=CH3-S-CH3)、二硫化物(如=CH3-S-S-CH3)、多硫化物(如=CH3-S-S-S-CH3) 中的一種或二種以上；含鉻化合物為硫酸鉻銨、乙酸亞鉻或硫酸鉻銨和乙酸亞鉻的組合物。本發(fā)明的一種實施方案是步驟3)中所述的滲層組織結(jié)構(gòu)從外到內(nèi)依次為致密化合物層、白亮層、擴散層，白亮層為硬度高達(dá)Hva #00 750的硬表面，白亮層硬表面的外面覆蓋厚度為1 5 μ m的含有氧化物、氮化物、鉻化物或硫化物的致密化合物層，或者含有氧化物、氮化物、鉻化物和硫化物中任意二種或二種以上的組合物的致密化合物層。致密化合物層具有特殊的耐腐蝕、低摩擦系數(shù)。同時白亮層下面的擴散層可以提高材料的疲勞強度，提高了抗疲勞開裂的能力。本發(fā)明的一種實施方案是步驟4)中所述的拋光處理為噴沙或噴丸處理。在氣體滲氮硫鉻后進行噴沙或噴丸處理，可去掉化合物層外面的疏松層，提高工件的耐磨性，同時使工件表面產(chǎn)生了與工作時受力方向相反的預(yù)應(yīng)力，提高工件的疲勞強度。本發(fā)明的一種實施方案是步驟5)中所述的氧化處理溫度為300°C 400°C，時間為IOmin 60min。在噴沙后進行氧化處理，不僅降低了工件的表面粗糙度，使其外觀變得更加光滑，減少了鑄鐵零件與對偶件之間的摩擦，使相對滑動性更為良好，還大大提高了化合物層中的含氧量，從而進一步提高工件的抗蝕性能。本發(fā)明的一種實施方案是處理后的鑄鐵零件的表層形成厚度為15 45微米、硬度高達(dá)Ηναι600 1300的超硬表面組織層。本發(fā)明的有益效果
1、本發(fā)明所述對鑄鐵零件進行表面處理的方法通過對鑄鐵零件進行氣體滲氮硫鉻處理，鑄鐵零件的表層形成厚度為15 45 μ m、硬度為Hvtl. #00 750的多元超硬氮硫鉻鐵化合物覆蓋致密的氧化層，大大提高了鑄鐵零件的耐磨性、耐腐蝕性和抗疲勞的能力，降低了鑄鐵的磨損率，減少了表面缺陷和產(chǎn)生裂紋的傾向；使鑄鐵在工作時不容易產(chǎn)生粘附、 咬合等現(xiàn)象，使硬度、強度、韌性、耐磨性、耐疲勞強度、抗粘合性等性能達(dá)到使用所需要的最佳配合，從而大大提高了鑄鐵的使用壽命。而傳統(tǒng)的“滲氮”、“滲硫”、“滲鉻”均只能單一進行，單一的滲層組織不僅滲層脆性大、容易剝落，也不能完全同時滿足高壽命鑄鐵零件表面高硬度、耐腐蝕、降低摩擦系數(shù)、提高疲勞強度的要求，而且滲鉻和液態(tài)滲氮屬于液態(tài)滲， 不能用于帶盲孔和小孔的部件尤其是鑄鐵零件。2、通過本發(fā)明處理的鑄鐵零件，按照《JB/T滲硼層顯微組織、硬度及層深檢測方法》進行測試，硬度可達(dá)Hvtl.#00 750，同時本發(fā)明也可以用于熔鑄機加工部件，而傳統(tǒng)的滲氮滲硫等表面改性很難達(dá)到該硬度，或者達(dá)到該硬度因為太脆而使零件失效。3、本發(fā)明使鑄鐵產(chǎn)品的表面硬度、耐磨性、抗腐蝕性和耐疲勞性同時大幅度提高； 可取代滲碳淬火、高頻淬火、離子滲氮、軟氮化、調(diào)質(zhì)多種工藝；取代易變形件的淬火等常規(guī)熱處理和表面強化技術(shù)，以提高金屬表面硬度和耐磨、耐疲勞性能，特別是用來解決硬化變形難題；可用來取代發(fā)藍(lán)、鍍硬鉻、鍍裝飾鉻、鍍鎳、鍍鋅、硫化、等常規(guī)表面處理工藝，大幅度提高零件的抗蝕性，大大降低生產(chǎn)成本；取代多道工序用本工藝進行一次處理，可以取代淬火一回火一發(fā)黑三道工序，或取代滲碳-淬火-回火-鍍硬鉻四道工序。根據(jù)產(chǎn)品的不同性能要求，質(zhì)量穩(wěn)定，操作簡便。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的鑄鐵表面處理方法作進一步詳細(xì)描述，以下所列實施例為本發(fā)明的非限定性實施例，有關(guān)鑄鐵材料成分配比和本發(fā)明工藝參數(shù)可在允許的范圍進行調(diào)整，這種調(diào)整對本發(fā)明沒有實質(zhì)性影響。通過本發(fā)明處理的鑄鐵零件，按照《JB/T滲硼層顯微組織、硬度及層深檢測方法》 進行測試，硬度可達(dá)Hva #00 750，同時本發(fā)明也可以用于熔鑄機加工部件，而傳統(tǒng)的滲氮滲硫等表面改性很難達(dá)到該硬度，或者達(dá)到該硬度因為太脆而使零件失效。具體實施例1 本例的制品采用普通灰口鑄鐵材料，密度為7. 2g/cm3，在該零件上進行本發(fā)明的表面處理。脫脂去污處理采用市售杜邦化學(xué)的RR-60高效清洗劑，在25 40°C，超聲波清洗 3 15min ；酸洗活化處理采用市售杜邦化學(xué)的RR-602活化劑，25 40°C，超聲波清洗5 IOmin ；水洗均在常溫去離子水進行；然后上紅外烘箱，溫度220 340°C，時間1小時。然后進行氣體滲氮硫鉻處理，即在鹽浴爐中采用硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物與氨氣的混合氣體，帶入爐內(nèi)；氣體滲氮硫鉻處理的溫度為560°C，時間為50min ；出爐冷卻后進行噴丸處理；最后進行氧化處理溫度為350°C，處理時間為120min ；經(jīng)上述表面處理后在鑄鐵表面形成35 μ m左右厚度的氮硫鉻鐵組織層，在滲氮組織層表面覆蓋有氧化層，鑄鐵的表面硬度在Hvtl. #50 700。本實施例中硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物是指含硫的化合物與含鉻化合物的混合物，兩者
5之間的質(zhì)量比為60 40 ；其中含硫化合物為硫醇、硫酚的組合物；含鉻化合物為硫酸鉻銨。具體實施例2 本實施例的特點是硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物是指含硫的化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質(zhì)量比為80 20 ；其中含硫化合物為硫醇、硫酚、二硫化物的組合物；含鉻化合物為乙酸亞鉻。其他與具體實施例1相同。具體實施例3 本例的制品采用普通球墨鑄鐵材料，密度為7. 3g/cm3，在該零件上進行本發(fā)明的表面處理。脫脂去污處理采用市售杜邦化學(xué)的RR-60高效清洗劑，在25 40°C，超聲波清洗 3 15min ；酸洗活化處理采用市售杜邦化學(xué)的RR-602活化劑，25 40°C，超聲波清洗5 IOmin ；水洗均在常溫去離子水進行；然后上紅外烘箱，溫度220 340°C，時間1小時。然后進行氣體滲氮硫鉻處理，即在鹽浴爐中采用硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物與氨氣的混合氣體，帶入爐內(nèi)；氣體滲氮硫鉻處理的溫度為540°C，時間為120min ；出爐冷卻后進行噴丸處理；最后進行氧化處理溫度為350°C，處理時間為120min ；經(jīng)上述表面處理后在鑄鐵表面形成40 μ m左右厚度的氮硫鉻鐵組織層，在滲氮組織層表面覆蓋有氧化層，鑄鐵的表面硬度在Hvtl. #90 740。本實施例中硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物是指含硫的化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質(zhì)量比為40 60;其中含硫化合物為硫醇；含鉻化合物為硫酸鉻銨和乙酸亞鉻的組合物。具體實施例4 本實施例的特點是硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物是指含硫的化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質(zhì)量比為20 80 ；其中含硫化合物為硫醇、硫酚、硫醚、二硫化物的組合物； 含鉻化合物為硫酸鉻銨。其他與具體實施例3相同。具體實施例5 本例的制品采用普通可鍛(冷硬)鑄鐵材料，密度為7. 4g/cm3，在該零件上進行本發(fā)明的表面處理。脫脂去污處理采用市售杜邦化學(xué)的RR-60高效清洗劑，在25 40°C，超聲波清洗 3 15min ；酸洗活化處理采用市售杜邦化學(xué)的RR-602活化劑，25 40°C，超聲波清洗5 IOmin ；水洗均在常溫去離子水進行；然后上紅外烘箱，溫度220 340°C，時間1小時。然后進行氣體滲氮硫鉻處理，即在鹽浴爐中采用硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物與氨氣的混合氣體，帶入爐內(nèi)；氣體滲氮硫鉻處理的溫度為580°C，時間為70min ；出爐冷卻后進行噴丸處理；最后進行氧化處理溫度為350°C，處理時間為120min ；經(jīng)上述表面處理后在鑄鐵表面形成45 μ m左右厚度的氮硫鉻鐵組織層，在滲氮組織層表面覆蓋有氧化層，鑄鐵的表面硬度在Hvtl. JOO 750。本實施例中硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物是指含硫的化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質(zhì)量比為1 99 ；其中含硫化合物為硫醇、硫酚、硫醚、二硫化物和多硫化物的組合物；含鉻化合物為硫酸鉻銨、乙酸亞鉻的組合物。具體實施例6 本實施例的特點是硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物是指含硫的化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質(zhì)量比為99 1 ；其中含硫化合物為硫醇、硫酚的組合物；含鉻化合物為硫酸鉻銨。其他與具體實施例5相同。具體實施例7 本例的制品采用普通麻口鑄鐵材料，密度為7. 3g/cm3，進行本發(fā)明的表面處理。脫脂去污處理采用市售杜邦化學(xué)的RR-60高效清洗劑，在25 40°C，超聲波清洗 3 15min ；酸洗活化處理采用市售杜邦化學(xué)的RR-602活化劑，25 40°C，超聲波清洗5 IOmin ；水洗均在常溫去離子水進行；然后上紅外烘箱，溫度220 340°C，時間1小時。然后進行氣體滲氮硫鉻處理，即在鹽浴爐中采用硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物與氨氣的混合氣體，帶入爐內(nèi)；氣體滲氮硫鉻處理的溫度為520°C，時間為40min ；出爐冷卻后進行噴丸處理；最后進行氧化處理溫度為350°C，處理時間為120min ；經(jīng)上述表面處理后在零件表面形成30 μ m左右厚度的氮硫鉻鐵組織層，在滲氮組織層表面覆蓋有氧化層，表面硬度在Hva #60 710。本實施例中所述含硫鉻絡(luò)合物為硫酸鉻銨、鉻酰氯的二硫化碳溶液、硫酸鉻銨甲酰胺溶液的組合。具體實施例8 本實施例的特點是所述含硫鉻絡(luò)合物為硫酸鉻銨、鉻酰氯的二硫化碳溶液的組合。其他與具體實施例7相同。具體實施例9 本實施例的特點是所述含硫鉻絡(luò)合物為硫酸鉻銨。其他與具體實施例7相同。具體實施例10 本實施例的特點是所述含硫鉻絡(luò)合物為鉻酰氯的二硫化碳溶液。其他與具體實施例7相同。具體實施例11 本實施例的特點是所述含硫鉻絡(luò)合物為含硫化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質(zhì)量比為50 50 ；所述含硫化合物為硫醇、硫酚、硫醚、二硫化物和多硫化物中的組合物；含鉻化合物為硫酸鉻銨和乙酸亞鉻的組合物。其他與具體實施例7相同。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施例，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種鑄鐵零部件的表面處理方法，其特征在于按以下步驟進行1)首先將待處理的鑄鐵零部件依次進行去脂、酸性活化、去離子水洗處理；2)然后對該鑄鐵零部件進行烘干處理，去除表面的殘留水；3)再接著對烘干后的鑄鐵零部件進行氣體滲氮硫鉻處理，使鑄鐵零部件的表面形成一層氮硫鉻鐵化合物的滲層組織結(jié)構(gòu)，該滲層組織結(jié)構(gòu)厚度為15 45微米；4)對步驟幻所得的鑄鐵零部件進行拋光處理，去除表面疏松層；5)對步驟4)所得的鑄鐵零件進行氧化處理，使鑄鐵零件的滲層組織結(jié)構(gòu)表面覆蓋一層致密氧化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鑄鐵零部件的表面處理方法，其特征是將步驟幻 5) 重復(fù)二次或二次以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鑄鐵零部件的表面處理方法，其特征是步驟3)中所述的氣體滲氮硫鉻處理是指在鹽浴爐中采用氣態(tài)的含硫鉻絡(luò)合物與氨氣的混合氣體進行處理，溫度為480 650°C，時間為30 150min。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鑄鐵零部件的表面處理方法，其特征是所述含硫鉻絡(luò)合物為含硫化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質(zhì)量比為99 1 1 99;或者是所述含硫鉻絡(luò)合物為硫酸鉻銨、鉻酰氯的二硫化碳溶液、硫酸鉻銨甲酰胺溶液中的一種或二種以上的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鑄鐵零部件的表面處理方法，其特征是所述含硫化合物為硫醇、硫酚、硫醚、二硫化物和多硫化物中的一種或二種以上；含鉻化合物為硫酸鉻銨、 乙酸亞鉻或硫酸鉻銨和乙酸亞鉻的組合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鑄鐵零部件的表面處理方法，其特征是步驟3) 中所述的滲層組織結(jié)構(gòu)從外到內(nèi)依次為致密化合物層、白亮層、擴散層，白亮層為硬度高達(dá) Hv0^eOO 750的硬表面，白亮層硬表面的外面覆蓋厚度為1 5μπι的含有氧化物、氮化物、鉻化物或硫化物的致密化合物層，或者含有氧化物、氮化物、鉻化物和硫化物中任意二種或二種以上的組合物的致密化合物層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鑄鐵零部件的表面處理方法，其特征是步驟4)中所述的拋光處理為噴沙或噴丸處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鑄鐵零部件的表面處理方法，其特征是步驟5)中所述的氧化處理溫度為300°C 400°C，時間為IOmin 60min。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鑄鐵零部件的表面處理方法，其特征是處理后的鑄鐵零件的表層形成厚度為15 45微米、硬度高達(dá)Hva #00 1300的超硬表面組織層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鑄鐵零部件的表面處理方法，即首先對鑄鐵零部件進行氣體氮、硫、鉻多元共滲，使鑄鐵零部件表面形成15～45μm、硬度為Hv0.1600～750的氮硫鉻鐵化合物的致密滲層組織；然后對其進行表面拋光處理；最后對鑄鐵零部件進行低溫氧化形成一層致密的氧化層。本發(fā)明由于化合物滲層組織是多元超硬氮硫鉻鐵化合物覆蓋致密的氧化層，使鑄鐵零部件具有優(yōu)良的耐磨損、耐腐蝕、耐高溫性能，大幅度降低了摩擦系數(shù)，抗咬死能力數(shù)量級提高，顯著提高鑄鐵零部件的工作質(zhì)量和使用壽命。
文檔編號C23C12/02GK102234757SQ20111018951
公開日2011年11月9日 申請日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者劉衛(wèi)林, 王超, 雷宇 申請人:佛山華研力合表面技術(shù)有限公司, 廣東華南家電研究院