一種通過鹽浴預(yù)氧化提高鹽浴滲氮效率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種通過鹽浴預(yù)氧化提高鹽浴滲氮效率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在工程應(yīng)用中，離子滲氮是一種應(yīng)用較為廣泛的表面熱處理技術(shù)，該技術(shù)主要是通過陰極濺射產(chǎn)生活性的氮原子，在試樣表面富集且不斷向基體內(nèi)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(chǔ)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(shù)，具有硬度高、耐磨性好等優(yōu)點。
[0003]在化學(xué)熱處理技術(shù)中，滲氮技術(shù)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(shè)備資源利用率不高，而后者則容易對環(huán)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(shù)，離子氮碳共滲技術(shù)具有滲氮溫度較低、滲速較快、工件變形小以及無污染等優(yōu)勢。但傳統(tǒng)的離子氮碳共滲生產(chǎn)效率依然偏低，達不到實際應(yīng)用中節(jié)能高效的生產(chǎn)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:基于上述問題，本發(fā)明提供一種通過鹽浴預(yù)氧化提高鹽浴滲氮效率的方法。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的一個技術(shù)方案是:一種通過鹽浴預(yù)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(tài)鋼加工切割成試樣。原始態(tài)鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的一種，優(yōu)選45鋼，試樣尺寸為1mm X 1 Omm X 1 Omnin
[0008](2)將試樣進行調(diào)質(zhì)處理，打磨處理后在有機溶劑中進行超聲清洗、烘干。調(diào)質(zhì)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(yù)氧化，預(yù)氧化溫度為350°C，時間為30min。氧化鹽浴中按質(zhì)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(yù)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(xué)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(fā)明的有益效果是:(I)本發(fā)明鹽浴預(yù)氧化+鹽浴滲氮處理方法克服了常規(guī)鹽浴滲氮前采用空氣預(yù)氧化方法導(dǎo)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(yù)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(jié)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(jié)構(gòu)，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(yù)氧化能顯著提高鹽浴滲氮的滲氮效率，提高滲層厚度；(3)經(jīng)鹽浴預(yù)氧化+鹽浴滲氮工藝處理后的試樣表面從外到內(nèi)依次形成了致密的化合物層和擴散層，同時相比于常規(guī)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(yù)氧化+鹽浴滲氮處理方法可采用低溫加熱獲得常規(guī)鹽浴滲氮同樣的滲氮層厚度，從而節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。
[0014]圖1是45鋼經(jīng)過常規(guī)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(jīng)過鹽浴預(yù)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(jīng)過常規(guī)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(guī)鹽浴滲氮工藝，其空氣預(yù)氧化工藝為3500C X 30min;PON為鹽浴預(yù)氧化+鹽浴滲氮工藝，其鹽浴預(yù)氧化工藝為350°C X 30mino
【具體實施方式】
[0018]現(xiàn)在結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，以下實施例旨在說明本發(fā)明而不是對本發(fā)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(diào)質(zhì)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(zhì)，吹干待用；
[0024](5)將試樣放入氧化鹽浴中進行預(yù)氧化，預(yù)氧化溫度為350°C，時間為30min，氧化鹽浴中按質(zhì)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(nèi)氮化基鹽充分熔化后，升溫至氮化溫度；
[0026](7)預(yù)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(xué)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(diào)質(zhì)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(zhì)，吹干待用；
[0033](5)將試樣放入空氣爐中進行預(yù)氧化，預(yù)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(nèi)氮化基鹽充分熔化后，升溫至氮化溫度；
[0035](7)預(yù)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(xué)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(jīng)過350°CX30min鹽浴預(yù)氧化工藝處理后化合物層的厚度從常規(guī)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(yù)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(jīng)575°C常規(guī)鹽浴滲氮工藝處理后的化合物層厚度，這表明鹽浴預(yù)氧化能顯著降低鹽浴滲氮的溫度，從而達到節(jié)約能源的目的。
[0040]從圖4中可以看出，在相同的工藝參數(shù)條件下，經(jīng)鹽浴預(yù)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(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【主權(quán)項】
1.一種通過鹽浴預(yù)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(tài)鋼加工切割成試樣； (2)將試樣進行調(diào)質(zhì)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(yù)氧化，預(yù)氧化溫度為350°C，時間為30min; (4)取出預(yù)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(xué)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過鹽浴預(yù)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(tài)鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的一種，優(yōu)選45鋼，試樣尺寸為1mmXlOmmX1mm03.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過鹽浴預(yù)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(diào)質(zhì)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過鹽浴預(yù)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過鹽浴預(yù)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(zhì)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(fā)明涉及一種通過鹽浴預(yù)氧化提高鹽浴滲氮效率的方法，包括以下步驟：將原始態(tài)鋼加工切割成試樣；將試樣進行調(diào)質(zhì)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(yù)氧化；取出預(yù)氧化后的試樣放入裝有鹽浴的氮化爐中，鹽浴氮化。本發(fā)明的有益效果是：克服了常規(guī)鹽浴滲氮前采用空氣預(yù)氧化方法導(dǎo)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(yù)氧化的試樣表層形成氧化膜，鹽浴預(yù)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(nèi)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(guī)鹽浴滲氮同樣的滲氮層厚度，從而節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本。
【IPC分類】C23C8/58
【公開號】CN105568212
【申請?zhí)枴緾N201510953019
【發(fā)明人】胡靜, 戴明陽
【申請人】常州大學(xué)
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月17日