專利名稱：硫化處理鐵合金部件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于處理金屬表面并且更一般地是鐵合金部件的表面的方法，目的在于提高它們的抗咬合性(résistance au grippage)。
背景技術：
這種處理對于本領域技術人員來說是十分熟悉的，并且在機械元件的設計中被廣泛地采用，例如，當部件之間需要在嚴格的負荷和壓力條件下彼此進行磨擦時。這種處理還可適用于或者被應用在潤滑(使用油、脂等)以及不存在這種潤滑的情況下。
人們已經(jīng)提出了各種不同的方法在鐵合金部件表面上形成適用于改進與環(huán)境的相互作用的化合物。
各種已知的處理方法包括適合于改善耐腐蝕性的表面氧化方法。還已經(jīng)工具的磷化處理方法，該方法通過產(chǎn)生磷酸鐵的表面層而可用于大幅度地提高潤滑效果。
最后還已知硫化處理的方法。
本發(fā)明更具體地涉及后一種類型的處理。
鋼的硫化以及硫化鐵表面層對潤滑的影響是本領域技術人員特別熟悉的，并且例如可由專利FR1406530和FR2823227的教導獲知。
根據(jù)專利FR1406530的教導，處理的金屬部件被浸沒在離子化熔融鹽浴中。這種使用熔融鹽的電解硫化會給環(huán)境帶來危害。
根據(jù)專利FR2823227的教導，具有適當厚度和Fe/S比的硫化鐵涂層被沉積到待處理的部件上，該涂層選自其表面具有至少2.6的分形維數(shù)的涂層。另外，該方法采用的電解硫化可能會帶來限制其生產(chǎn)率的技術約束。此外還注意到，所使用的鹽是昂貴的。
另一種解決辦法由專利US6139973的教導可知，該專利涉及一種用于通過水溶液的陰極來電解沉積硫化鐵的方法。在其缺點當中，除了電解方法中涉及待處理部件形狀的固有限制外，還顯現(xiàn)出的缺點是Fe/S層不是通過化學反應獲得的，而是通過沉積到鋼表面上來得到的，這帶來了明顯的附著力的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題一方面是降低毒性，另一方面要避免使用電解，以便所需的能量被限制在維持水溶液在預定的溫度。
還要遵循地是，在沒有電流通過的情況下可以高精確性且高再現(xiàn)性地控制表面層的組成、厚度和連續(xù)性，并且還可以處理復雜形狀的部件，包括那些具有空腔(鉆孔、盲孔、齒輪等)的部件。
為了解決這種問題，已經(jīng)構想并研究出一種用于硫化處理鐵合金部件的方法，根據(jù)該方法，將部件浸入無電流通過的水溶液浴中，將其加熱到大約100℃-140℃的溫度并保持大約5-30分鐘的持續(xù)時間。水溶液浴具有一定濃度的氫氧化鈉、硫代硫酸鈉和硫化鈉。
氫氧化鈉起到鐵合金部件的腐蝕劑的作用，并且可釋放硫化鐵層在部件上沉淀所需的Fe2+和Fe3+。硫代硫酸鹽的硫組分還可以使得這種硫化鐵層沉淀。最后，硫化鐵在硫化方法中還是一種重要的試劑。
有利地，所述浴的硫化能力需要存在濃度為400-1000g/l的氫氧化鈉、濃度為30-300g/l的硫代硫酸鈉以及濃度為60-120g/l的硫化鈉。
有利地，所述浴的工作溫度為大約120℃-140℃。為了簡化，可在沸點進行工作，該沸點取決于水溶液的組成。
按照標準ASTM-D-2170，通過在Faville Levally試驗機上進行試驗來評價由本發(fā)明處理方法產(chǎn)生的抗咬合性。
本領域技術人員眾所周知的是，這個試驗在于處理直徑為6.35mm且高度為50mm的圓柱形試件，該試件由表面硬化、淬火和磨制的16NC6鋼制成。該試件被夾在兩個被切成90°V形的鉗口之間，并隨著時間的變化對其線性增加負荷。當出現(xiàn)試件咬合或者蠕變(fluage)時停止試驗。這個試驗是以被稱作Faville等級的量為特征的，其是相對于時間施加的負荷的積分，這個等級以daN.s表示。在這個方面還顯示出，當試件采用本發(fā)明的方法處理時，F(xiàn)aville等級應當高于12000daN.s，并且試件應當蠕變并且未咬合。
下面參考用于提供信息的非限制性實施例，這些實施例示出了與現(xiàn)有技術的處理相比，利用本發(fā)明方法的特征所獲得的結(jié)果。
實施例1在這個實施例中，比較表面硬化、淬火的16NC6鋼的試件在未處理試件(1)、磷化試件(2)、氧化試件(3)、本發(fā)明方法的試件(4)的情況下的Faville等級。下表給出了結(jié)果

根據(jù)本發(fā)明處理的試件在水溶液中淬火，該水溶液在制備時包含775g/l的氫氧化鈉、200g/l的硫代硫酸鈉和90g/l的硫化鈉。該處理在130℃下進行15分鐘。
由這個試驗可以看到，溶液1、2和3對部件的抗咬合性沒有任何影響，而考慮到3倍的Faville等級，根據(jù)本發(fā)明的溶液4的特征為高抗咬合作用。
實施例2在這個實施例中，比較表面硬化、淬火的16NC6鋼的試件通過本發(fā)明方法(1)和按照專利FR2823227的教導的電解方法進行的Faville試驗。下表給出了結(jié)果

根據(jù)本發(fā)明的試件在水溶液中進行處理，該水溶液在浴的制備時包含775g/l的氫氧化鈉、200g/l的硫代硫酸鈉和90g/l的硫化鈉。
該處理在130℃下進行15分鐘。
由這些試驗可以看到，溶液1和2具有抗咬合性，并且根據(jù)本發(fā)明方法硫化的試件(1)的抗咬合性能提高36％。
實施例3在這個實施例中，通過改變溫度和氫氧化鈉(NaOH)、硫代硫酸鈉(Na2S2O4)、硫化鈉(Na2S)的初始濃度對所有試件進行處理。
在下表中給出了結(jié)果

由這個表可以看出-考慮到制備條件和Faville試驗等級，溶液1符合所需的特征。
-考慮到它們的硫代硫酸鈉和硫化鈉的初始濃度，溶液2和3并不符合。這兩個實施例說明了硫代硫酸鹽和硫化物在處理鋼時的協(xié)同作用。
-溶液4在水溶液的組成方面類似于溶液1，但它不符合，因為對于試件上的反應來說，處理溫度太低，以致于不能有效地發(fā)生，也不能賦予抗咬合性。
-盡管與溶液1具有不同的浴組成，但溶液5在抗咬合性方面得到了令人滿意的結(jié)果。
-溶液6未產(chǎn)生令人滿意的抗咬合性響應，因為氫氧化鈉的濃度太低。
根據(jù)本發(fā)明的特征可以觀察到，根據(jù)所要求保護的方法處理的部件在不同的層含有氧。
由本發(fā)明的說明可以清楚地看到本發(fā)明的優(yōu)點，尤其要強調(diào)和回顧以下的特征-環(huán)境友好；-非常精確且高再現(xiàn)性地控制表面層的組成、厚度和連續(xù)性；-在沒有電流通過的情況下尤其可以處理復雜形狀的部件，包括那些具有空腔的部件。
權利要求
1.一種用于硫化處理鐵合金部件的方法，其特征在于將該部件浸入無電流通過的水溶液浴中，該水溶液浴具有一定濃度的氫氧化鈉、硫代硫酸鈉和硫化鈉，所述溶液被加熱到大約100℃-140℃的溫度并保持大約5-30分鐘的持續(xù)時間。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于氫氧化鈉的濃度為約400-1000g/l，硫代硫酸鈉的濃度為約30-300g/l，并且硫化鈉的濃度為約60-120g/l。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于所述浴的工作溫度為大約120℃-140℃，優(yōu)選大約130℃。
4.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于浸入持續(xù)時間優(yōu)選為大約15分鐘。
5.根據(jù)權利要求1-4中任一項的方法處理的部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于硫化處理鐵合金部件的方法。根據(jù)該方法，將該部件浸入無電流通過的水溶液浴中，該水溶液浴具有一定濃度的氫氧化鈉、硫代硫酸鈉和硫化鈉，所述溶液被加熱到大約100℃－140℃的溫度下并保持大約5－30分鐘的持續(xù)時間。
文檔編號C23C8/00GK1867696SQ200480030307
公開日2006年11月22日 申請日期2004年10月6日 優(yōu)先權日2003年10月14日
發(fā)明者P·莫蘭-皮瑞爾, C·埃奧 申請人:H.E.F.公司