專利名稱：一種稀土氧化物改性qpq技術(shù)及其在水壓傳動(dòng)元件上的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬表面改性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種添加稀土氧化物提高金屬表面性能的QPQ技術(shù)；本發(fā)明還涉及該技術(shù)在水壓傳動(dòng)元件上的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)是近年來(lái)新發(fā)展起來(lái)的滲氮+氧化處理技術(shù)，實(shí)際上是一種鹽浴復(fù)合處理技術(shù)，其主體技術(shù)是鹽浴滲氮或鹽浴氮碳共滲，然后再加上一道氧化工序。QPQ復(fù)合處理技術(shù)是由鹽浴滲氮技術(shù)演變而來(lái)。QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)是一種可以同時(shí)大幅度提高金屬表面的耐磨性、耐蝕性，而工件幾乎不變形的新的金屬表面強(qiáng)化改性技術(shù)。 在以水為工作介質(zhì)的液壓傳動(dòng)中，需要液壓元件同時(shí)具備較高的耐磨性和耐蝕性。目前常用的水壓元件的材料有耐蝕合金、工程塑料、陶瓷及其涂層材料等，這些材料多存在著價(jià)格昂貴、加工工藝復(fù)雜或者工作條件要求較高的問(wèn)題，因此需要尋求一種價(jià)格低廉的材料來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水壓傳動(dòng)元件材料。45鋼是所有鋼材中價(jià)格相對(duì)便宜的鋼材,但其耐磨性、耐蝕性都不能滿足水壓傳動(dòng)元件的工作需求，需要對(duì)其進(jìn)行表面改性。目前，表面改性方法較多，如離子氮化、表面噴涂和QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)等，這些表面改性方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，離子氮化雖然具有較厚的滲層，但離子滲氮處理成本高，因此價(jià)格比較貴；不同形狀、尺寸和材料的零件混合裝爐進(jìn)行滲氮處理時(shí)，很難使工件溫度均勻一致；對(duì)形狀不規(guī)則而難以放置的零件、深孔件及某些不需要滲氮的部位需要設(shè)計(jì)專用夾具和保護(hù)裝置。QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)則具有變形小、處理時(shí)間短，節(jié)能效果顯著的優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)的QPQ處理技術(shù)具有滲層較薄，不能滿足即承受摩擦磨損又需要具有良好耐蝕性的工件的需求。盡管提高滲氮溫度和保溫時(shí)間能在一定程度上增加滲層厚度，但卻會(huì)使?jié)B層變得疏松，反而不利于提高其耐磨、耐蝕性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種具有滲速快、滲層深的金屬表面改性方法和該方法在水壓傳動(dòng)元件上的應(yīng)用，從而得到一種價(jià)格低廉，性能優(yōu)異的水壓傳動(dòng)元件。本發(fā)明的工藝流程為工件表面預(yù)處理一稀土鹽浴氮化一鹽浴氧化。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種提高金屬構(gòu)件表面性能的方法；該方法包括以下步驟(I)將工件表面依次用320iTl200#的SiC砂紙磨平，再用Cr2O拋光粉拋光至鏡面；(2)用無(wú)水乙醇或丙酮對(duì)工件進(jìn)行5min以上的超聲波清洗，去除工件表面油污和雜質(zhì)；(3)將工件放入電阻爐內(nèi)進(jìn)行預(yù)氧化；(4)在氮化鹽內(nèi)加入f 5%的稀土氧化物；
(5)將氮化爐升溫至一定溫度進(jìn)行保溫，待氮化爐內(nèi)氮化鹽充分熔化后，升溫至氮化所需溫度；(6)將工件浸入氮化爐內(nèi)，氮化溫度達(dá)到規(guī)定溫度后開始計(jì)時(shí)，保溫至規(guī)定時(shí)間后取出；(7)浸入氧化爐進(jìn)行表面鹽浴氧化處理；(8)氧化結(jié)束后，將工件取出后水冷。上述技術(shù)方案，所述的預(yù)氧化溫度為350°C，預(yù)氧化時(shí)間為3(T40min。上述技術(shù)方案，在氮化鹽內(nèi)加入的稀土氧化物為CeO2。 上述技術(shù)方案，鹽浴滲氮溫度為54(T580°C，滲氮時(shí)間為l 4h。上述技術(shù)方案，所述的滲氮溫度為560°C，滲氮時(shí)間為2. 5h。上述技術(shù)方案，鹽浴氧化溫度為40(T450°C，氧化時(shí)間為2(T60min。上述技術(shù)方案，所述的鹽浴氧化溫度為430°C，氧化時(shí)間為40min。本發(fā)明還提供一種上述方法在水壓傳動(dòng)元件上的應(yīng)用，所述傳動(dòng)元件由45鋼材料制成，并通過(guò)如權(quán)利要求廣7任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法進(jìn)行了表面處理。上述技術(shù)方案，所述傳動(dòng)元件表面具有一定厚度的滲層，所述滲層由位于最表面的氧化層和位于次表面的化合物層組成。上述技術(shù)方案，所述氧化層厚度為3飛μ m,所述化合物層厚度為12 15 μ m。采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下積極的效果( I)本發(fā)明工藝將工件拋光至鏡面，可使?jié)B氮后表面滲層更均勻，與基體結(jié)合更牢固，不易脫落，提高滲層質(zhì)量；(2)工件鹽浴滲氮前先進(jìn)行預(yù)氧化，預(yù)氧化能使工件表面產(chǎn)生輕度氧化表面形成微孔，人為的增加了表面缺陷，使工件表面形成更多的懸鍵，位錯(cuò)露頭，臺(tái)階等，從而產(chǎn)生更多的活化中心，增加活性氮原子的吸附機(jī)率和吸附量，進(jìn)一步加快滲氮過(guò)程，同樣滲氮時(shí)間下增加滲層厚度；(3)本發(fā)明工藝在氮化鹽內(nèi)加入19Γ5%的稀土氧化物Ce02?；钚韵⊥猎釉龃罅藵B劑反應(yīng)速度，可以使氮化鹽產(chǎn)生更多的氮原子和碳原子，使表面擴(kuò)散滲入的氮原子和碳原子通量增大；其次，大尺寸稀土原子滲入時(shí)，會(huì)造成晶格畸變，利于氮原子和碳原子的躍遷，并優(yōu)先在這些畸變區(qū)聚集，從而提高了滲層的碳、氮原子濃度；高的碳、氮原子濃度梯度的出現(xiàn)，促進(jìn)了碳、氮原子的擴(kuò)散，從而提高了滲速，減少Q(mào)PQ鹽浴復(fù)合處理時(shí)間，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的；(4)本發(fā)明滲氮時(shí)，工件完全浸在液體鹽中，可對(duì)工件進(jìn)行全方位滲氮，且滲層均勻；(5)本發(fā)明水壓傳動(dòng)元件采用45鋼材料制成，表面通過(guò)本發(fā)明的QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)進(jìn)行處理，各項(xiàng)使用性能即可達(dá)到服役要求，可替代不銹鋼等耐蝕、難加工材料，大大節(jié)約生產(chǎn)成本。


為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中
圖1為經(jīng)過(guò)QPQ稀土催滲處理的45鋼表面形貌；圖2為傳統(tǒng)QPQ處理后的45鋼表面形貌；圖3為經(jīng)過(guò)不同處理后的45鋼截面硬度曲線圖；圖4為經(jīng)過(guò)不同處理后的45鋼表面磨損失重；圖5為經(jīng)過(guò)不同處理后的45鋼在熱水中出現(xiàn)銹斑的時(shí)間。圖中1、氧化層；2、化合物層。
具體實(shí)施例方式(實(shí)施例1)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種QPQ技術(shù)提高金屬表面性能的方法；該方法 包括以下步驟(1)將工件表面依次用320# 1200#的SiC砂紙磨平，再用Cr20拋光粉拋光至鏡 面；(2)用無(wú)水乙醇或丙酮對(duì)工件進(jìn)行5min以上的超聲波清洗，去除工件表面油污和 雜質(zhì)；(3)將工件放入電阻爐內(nèi)進(jìn)行預(yù)氧化；(4)在氮化鹽內(nèi)加入f 5%的Ce02稀土氧化物；( 5 )將氮化爐升溫至一定溫度進(jìn)行保溫，待氮化爐內(nèi)氮化鹽充分熔化后，升溫至氮 化所需溫度，一般滲氮溫度為54(T580°C ；(6)將工件浸入氮化爐內(nèi)，氮化溫度達(dá)到規(guī)定溫度后開始計(jì)時(shí)，保溫至規(guī)定時(shí)間后 取出，滲氮時(shí)間可為l 4h;(7)浸入氧化爐進(jìn)行表面鹽浴氧化處理，鹽浴氧化溫度為40(T45(TC，氧化時(shí)間為 20 60min。(8)氧化結(jié)束后，將工件取出后水冷。優(yōu)選地，所述的預(yù)氧化溫度為350°C，預(yù)氧化時(shí)間為3(T40min，溫度太低，預(yù)氧化 效果明顯，溫度太高，形成的氧化膜過(guò)厚，反而會(huì)阻礙活性氮原子的滲入。優(yōu)選地，當(dāng)滲氮溫度為560°C，滲氮時(shí)間為2. 5h時(shí)，可得到致密、均勻的滲氮層。 滲氮溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，滲氮層則變的疏松，耐磨性和耐蝕性反而會(huì)下降；同樣，氧化溫 度過(guò)高，氧化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)也都不利于耐蝕、耐磨性的提高，當(dāng)氧化溫度為430°C，氧化時(shí)間為 40min時(shí),效果最佳。本發(fā)明還提供一種上述方法在在水壓傳動(dòng)元件上的應(yīng)用，該傳動(dòng)元件由45鋼材 料制成，并經(jīng)上述方法進(jìn)行了 QPQ鹽浴復(fù)合處理。經(jīng)處理后的傳動(dòng)元件表面具有一定厚度 的滲層，滲層由位于最表面的氧化層1和位于次表面的化合物層2組成，氧化層1厚度為 3飛ym，化合物層2厚度為12 15i!m。該方法處理后的45鋼水壓傳動(dòng)元件在熱水中具有良 好的耐蝕性。本發(fā)明在優(yōu)選的工藝參數(shù)下加稀土催滲QPQ處理和傳統(tǒng)未加稀土催滲QPQ處理后 的45鋼水壓傳動(dòng)元件進(jìn)行了金相組織分析，見圖1和圖2，圖1為經(jīng)過(guò)加稀土催滲QPQ處理 后的表面形貌，圖2為經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)QPQ處理后的表面形貌。比較圖1和圖2可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)處 理后的元件表面后產(chǎn)生了一層致密的化合物層2 (白亮層)，且在化合物層2外表面還有一層厚度約幾微米的氧化層I。其中，經(jīng)過(guò)稀土催滲QPQ處理后45鋼傳動(dòng)元件表面滲層厚度明顯高于未經(jīng)稀土催滲QPQ處理后的滲層。這說(shuō)明，稀土的加入對(duì)QPQ處理起到了良好的催滲作用。圖3是經(jīng)過(guò)不同處理后的45鋼截面硬度曲線圖。從圖中可以看出，經(jīng)過(guò)處理后的試樣，表面硬度明顯提高，比原始試樣的表面硬度提高3倍以上，且硬度曲線比較平緩。比較QPQ和QPQ稀土催滲試樣截面硬度曲線的差別可以得出，經(jīng)過(guò)QPQ稀土催滲處理后的45鋼傳動(dòng)元件表面硬度明顯高于經(jīng)過(guò)QPQ處理后的表面硬度，而且經(jīng)過(guò)QPQ催滲處理后的45鋼傳動(dòng)元件的硬度梯度更為平緩，這可以使45鋼傳動(dòng)元件表面滲層和基體結(jié)合更緊密，并提高其表面耐磨性。圖4是為處理后的水壓傳動(dòng)元件制成的試樣磨損失重圖，從圖中可以看出，未經(jīng)處理的試樣磨損失重最多。經(jīng)過(guò)QPQ稀土催滲處理后的45鋼試樣表面失重最小。其中，經(jīng) 過(guò)QPQ稀土催滲處理后45鋼表面耐磨性比未經(jīng)處理的45鋼表面耐磨性提高10倍左右，比經(jīng)過(guò)常規(guī)QPQ處理后的45鋼表面耐磨性提高2倍左右。圖5是經(jīng)不同處理后的45鋼試樣在在90°C熱水中生銹的時(shí)間。從圖中可以看出，未經(jīng)處理的45鋼在熱水中浸泡IOmin左右就開始生銹，以至于在圖中無(wú)法看清，經(jīng)過(guò)QPQ處理后的45鋼在水中開始生銹的時(shí)間則遠(yuǎn)高于未經(jīng)處理的45鋼試樣。而經(jīng)過(guò)QPQ稀土催滲的45鋼試樣在熱水中開始生銹的時(shí)間進(jìn)一步增加，與304不銹鋼在熱水中開始生銹的時(shí)間相當(dāng)。這說(shuō)明稀土的加入對(duì)45鋼表面耐蝕性也發(fā)揮著積極的作用。通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明，經(jīng)稀土催滲的QPQ處理在相同滲氮時(shí)間內(nèi)可大大提高滲層厚度，滲層均勻、無(wú)疏松，具有優(yōu)異的耐磨性和耐蝕性，由此可選用價(jià)廉的45鋼制造水壓傳動(dòng)元件，并通過(guò)稀土催滲的QPQ處理技術(shù)對(duì)其進(jìn)行表面處理，從而得到較厚的滲層，滿足其所需的耐磨性和耐蝕性要求,從而顯著降低水壓傳動(dòng)元件成本。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種QPQ技術(shù)提高金屬表面性能的方法；其特征在于該方法包括以下步驟 (1)將工件表面依次用320IT1200#的SiC砂紙磨平，再用Cr2O拋光粉拋光至鏡面； (2)用無(wú)水乙醇或丙酮對(duì)工件進(jìn)行5min以上的超聲波清洗，去除工件表面油污和雜質(zhì)； (3)將工件放入電阻爐內(nèi)進(jìn)行預(yù)氧化； (4)在氮化鹽內(nèi)加入f5%的稀土氧化物； (5)將氮化爐升溫至一定溫度進(jìn)行保溫，待氮化爐內(nèi)氮化鹽充分熔化后，升溫至氮化所需溫度； (6)將工件浸入氮化爐內(nèi)，氮化溫度達(dá)到規(guī)定溫度后開始計(jì)時(shí)，保溫至規(guī)定時(shí)間后取出； (7)浸入氧化爐進(jìn)行表面鹽浴氧化處理； (8)氧化結(jié)束后，將工件取出后水冷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的QPQ技術(shù)提高金屬表面性能的方法，其特征在于所述的預(yù)氧化溫度為350°C，預(yù)氧化時(shí)間為3(T40min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的QPQ技術(shù)提高金屬表面性能的方法，其特征在于在氮化鹽內(nèi)加入的稀土氧化物為CeO2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的QPQ技術(shù)提高金屬表面性能的方法，其特征在于鹽浴滲氮溫度為54(T580°C，滲氮時(shí)間為I 4h。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的QPQ技術(shù)提高金屬表面性能的方法，其特征在于所述的滲氮溫度為560°C，滲氮時(shí)間為2. 5h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的QPQ技術(shù)提高金屬表面性能的方法，其特征在于鹽浴氧化溫度為40(T450°C，氧化時(shí)間為2(T60min。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的QPQ技術(shù)提高金屬表面性能的方法，其特征在于所述的鹽浴氧化溫度為430°C，氧化時(shí)間為40min。
8.—種QPQ技術(shù)在水壓傳動(dòng)元件上的應(yīng)用，其特征在于所述傳動(dòng)元件由45鋼材料制成，并通過(guò)如權(quán)利要求廣7任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法進(jìn)行了表面處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的QPQ技術(shù)在水壓傳動(dòng)元件上的應(yīng)用，其特征在于所述傳動(dòng)元件表面具有一定厚度的復(fù)合滲層，所述滲層由位于最表面的氧化層(I)和位于次表面的化合物層(2)組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的QPQ技術(shù)在水壓傳動(dòng)元件上的應(yīng)用，其特征在于所述氧化層(I)厚度為3飛iim，所述化合物層(2)厚度為12 15iim。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬表面改性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種QPQ技術(shù)提高金屬表面性能的方法；本發(fā)明還涉及該方法在水壓傳動(dòng)元件上的應(yīng)用。該方法主要包括以下步驟1)對(duì)工件表面清洗，去除工件表面油污和雜質(zhì)；2)在氮化鹽基鹽內(nèi)加入稀土氧化物CeO2，升溫到一定溫度后保溫，待徹底熔化后繼續(xù)升溫到所需溫度；3)將工件浸入氮化鹽進(jìn)行氮化處理；4)將工件浸入熔化后的氧化鹽內(nèi)進(jìn)行氧化處理。采用該工藝處理的工件可以獲得比常規(guī)QPQ復(fù)合處理工藝更厚的化合物層，通過(guò)該方法處理的45鋼水壓傳動(dòng)元件，可大幅度延長(zhǎng)使用壽命，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C23C8/50GK103014603SQ201210526160
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月9日
發(fā)明者胡靜, 蔡偉, 沈志遠(yuǎn), 吳文莉 申請(qǐng)人:常州大學(xué)