本發(fā)明涉及活塞桿領(lǐng)域,尤其涉及一種低溫鹽浴碳氮共滲劑及其在活塞桿表面處理中的應(yīng)用。
背景技術(shù):
現(xiàn)有的活塞桿表面熱處理氮化工藝主要采用氮化的方法,可以分為氣體軟氮化、液體軟氮化及固體軟氮化及離子氮化,由于固體氮化存在生產(chǎn)效率低、耗能大、環(huán)境污染大,滲氮質(zhì)量不穩(wěn)定,難以形成批量生產(chǎn)等逐漸被人們所淘汰。
氣體氮化應(yīng)用也比較廣泛,主要優(yōu)點表面質(zhì)量容易控制,操作簡單,應(yīng)用廣泛,但是生產(chǎn)周期長,生產(chǎn)效率低,耐蝕性能差(中性鹽霧試驗達到96小時),目前國內(nèi)氣體氮碳共滲的方法的致命弱點就是氣體成分不能嚴格控制,因此滲層質(zhì)量不夠穩(wěn)定,對于普通鹽浴氮碳共滲耐蝕性高,中性鹽霧試驗達到144小時以上,而低溫鹽浴氮碳共滲中性鹽霧試驗達到200小時以上,這是其他熱處理所不能達到的。
液體鹽浴軟氮化成為目前使用最多的處理方式,目前現(xiàn)有的活塞桿表面熱處理氮化工藝使用中高溫鹽浴氮化(580-600℃),這種傳統(tǒng)氮化工藝會產(chǎn)生以下問題:其一,氮化鹽浴溫度高,而且氮化鹽浴非常不穩(wěn)定,老化比較快,處理的活塞桿容易在化合物外面形成大量的微孔區(qū)(疏松層),造成活塞桿表面硬度低,抗蝕性和耐磨性差,其二,舊的氮化鹽浴配方的原料含有氰化物,污染環(huán)境,損害工人的健康,不利于環(huán)保。另外,氮化后的活塞桿使用一段時間后表面會產(chǎn)生銹蝕、出現(xiàn)黃斑等問題,造成活塞桿的使用壽命減短。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于針對上述碳氮共滲劑的不足,提供一種低溫鹽浴碳氮共滲劑及其在活塞桿表面處理中的應(yīng)用,本發(fā)明的碳氮共滲劑處理溫度低(450-500℃),時間短(40-60min),疏松層淺(≤5μm),同時能大幅度提高工件的硬度。
本發(fā)明一方面提供了一種低溫鹽浴碳氮共滲劑,組分及含量(重量百分數(shù))如下:
尿素:35-38%
硫脲:10-12%
三聚氰胺:20-24%
氫氧化鉀:10-12%
碳酸鋰:10-12%
碳酸鈉:10-14%
氟化鈉:1%。
優(yōu)選的,上述低溫鹽浴碳氮共滲劑,組分及含量(重量百分數(shù))如下:
尿素:35%
硫脲:10%
三聚氰胺:20%
氫氧化鉀:10%
碳酸鋰:10%
碳酸鈉:14%
氟化鈉:1%。
優(yōu)選的,上述低溫鹽浴碳氮共滲劑,組分及含量(重量百分數(shù))如下:
尿素:36%
硫脲:12%
三聚氰胺:20%
氫氧化鉀:10%
碳酸鋰:11%
碳酸鈉:10%
氟化鈉:1%。
優(yōu)選的,上述低溫鹽浴碳氮共滲劑,組分及含量(重量百分數(shù))如下:
尿素:38%
硫脲:10%
三聚氰胺:21%
氫氧化鉀:10%
碳酸鋰:10%
碳酸鈉:10%
氟化鈉:1%。
優(yōu)選的,上述低溫鹽浴碳氮共滲劑,組分及含量(重量百分數(shù))如下:
尿素:35%
硫脲:10%
三聚氰胺:24%
氫氧化鉀:10%
碳酸鋰:10%
碳酸鈉:10%
氟化鈉:1%。
本發(fā)明另一方面提供了上述低溫鹽浴碳氮共滲劑在活塞桿表面處理中的應(yīng)用。
具體的表面處理步驟包括:
清洗:將初加工完成的活塞桿放入超聲波清洗機內(nèi)清洗后用清水漂洗;
預(yù)熱烘干:將漂洗完畢的活塞桿置于烘干爐中烘干;
氮化:將烘干的活塞桿置于盛有上述碳氮共滲劑的氮化爐中氮化;
氧化:將氮化完成的活塞桿置于氧化爐中進行氧化;氧化過程中氧化池內(nèi)的氧化劑變紅時,向其中加入還原劑,使紅色消失;
冷卻浸泡:將氧化完畢的活塞桿置于清水中冷卻,用清水浸泡;
清洗、烘干、拋光。
優(yōu)選的,初加工完成的活塞桿放入超聲波清洗機內(nèi)在40-50℃的條件下清洗10分鐘后用清水漂洗;更有選的,初加工完成的活塞桿放入超聲波清洗機內(nèi)在50℃的條件下清洗10分鐘后用清水漂洗;
優(yōu)選的,漂洗完畢的活塞桿置于烘干爐中在250-300℃的條件下加熱10分鐘;更優(yōu)選的,漂洗完畢的活塞桿置于烘干爐中在265℃的條件下加熱10分鐘;
優(yōu)選的,烘干的活塞桿置于盛有氮化劑的氮化爐中氮化40-60分鐘,氮化爐的溫度保持在450-500℃;更優(yōu)選的,烘干的活塞桿置于盛有氮化劑的氮化爐中氮化50分鐘,氮化爐的溫度保持在480℃;
優(yōu)選的,氮化完成的活塞桿置于氧化爐中進行鈍化氧化20-30分鐘,氧化爐的溫度保持在375-390℃;更優(yōu)選的,氮化完成的活塞桿置于氧化爐中進行鈍化氧化30分鐘,氧化爐的溫度保持在385℃;
優(yōu)選的,氧化劑的組成成份如下:氫氧化鈉:50%,氫氧化鉀:20%,硝酸鈉:30%,氧化過程中氧化池內(nèi)的氧化劑變紅時,向其中加入還原劑,使紅色消失,還原劑為2-3%的木炭;
優(yōu)選的,鈍化氧化完畢的活塞桿置于清水中冷卻,用清水浸泡60-80分鐘,更有選的浸泡時間為80分鐘。
本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明的碳氮共滲劑中化工原料容易購買、成本低廉,使用該碳氮共滲劑生產(chǎn)的活塞桿表面平滑、不漏氣,耐腐蝕、耐磨性強,廢品率低、使用壽命長。鹽浴熱處理將熱處理與防腐蝕處理一次完成,處理溫度低(480℃),時間短(50min),鹽浴穩(wěn)定,不宜揮發(fā),能同時提高零件表面硬度、耐磨性、抗蝕性和疲勞強度,降低摩擦系數(shù),變形小,無公害,同時降低了活塞桿的脆性,明顯擴大了適應(yīng)氮碳共滲的材料范圍,即各種材質(zhì)的處理均有良好的效果,具有優(yōu)化加工工序,縮短生產(chǎn)周期,降低生產(chǎn)成本的優(yōu)點。
具體實施方式
下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例,而不是全部的實施例?;诒景l(fā)明中的實施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發(fā)明保護的范圍。
本發(fā)明的一實施例提供了低溫鹽浴碳氮共滲劑,組分及含量(重量百分數(shù))如下:
尿素:35-38%
硫脲:10-12%
三聚氰胺:20-24%
氫氧化鉀:10-12%
碳酸鋰:10-12%
碳酸鈉:10-14%
氟化鈉:1%。
具體的,上述組分中,尿素的含量可以為35%,36%,37%,38%;硫脲的含量可以為10%,11%,12%;三聚氰胺的含量可以為20%,21%,22%,23%,24%;氫氧化鉀的含量可以為10%,11%,12%;碳酸鋰的含量可以為10%、11%、12%;碳酸鈉的含量可以為10%,11%,12%,13%,14%。
本發(fā)明的又一實施例提供了上述低溫鹽浴碳氮共滲劑在表面處理活塞桿中的應(yīng)用,具體步驟包括:
S1清洗:將初加工完成的活塞桿放入超聲波清洗機內(nèi)在40-50℃的條件下清洗10分鐘后用清水漂洗。本步驟中,清洗以去除活塞桿表面的切削雜質(zhì)
S2預(yù)熱烘干:將漂洗完畢的活塞桿置于烘干爐中在250-300℃的條件下加熱10分鐘。
本步驟可以去除活塞桿表面的水分,并增加活塞桿的溫度。
S3氮化:將烘干的活塞桿置于盛有上述低溫鹽浴碳氮共滲劑的氮化爐中氮化40-60分鐘,氮化爐的溫度保持在450-500℃。
本步驟中,幾種化學(xué)物質(zhì)在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng):CO(NH2)2+Na2CO3→NaCNO+CO2+H20,生成含有氰酸根(CNO-)的物質(zhì),CNO-在高溫下分解,反應(yīng)產(chǎn)生活性高、滲入能力強的氮原子和碳原子,活性氮原子、碳原子在工件表面被吸收,形成固溶體或化合物,當(dāng)工件表面的氮、碳濃度達到一定值后,氮、碳原子從表面的高濃度區(qū)向里層的低濃度區(qū)擴散。活塞桿浸入氮化鹽浴中后,CNO-的分解產(chǎn)生的N、C原子在工件表面形成高的N勢和C勢,由于N原子半徑僅為鐵原子的一半,而C原子半徑更小,所以N、C原子可以在鐵的點陣間隙中進行擴散。
具體分解形式:
4CNO-→CO3-2+2CN-+CO+2[N]
3Fe+[N]→Fe3N
4Fe+[N]→Fe4N
同時生成的CN-與氧結(jié)合后,又生成CNO-,CNO-分解產(chǎn)生的CO,進而分解出C原子滲入工件,形成碳化物或固溶體。
2CO→CO2+C
3Fe+C→Fe3C
活塞桿在鹽浴復(fù)合熱處理過程中,隨著N、C元素的不斷滲入,達到一定濃度后,形成了高硬度的致密層——化合物層(Fe2-3CN)。
S4鈍化氧化:將氮化完成的活塞桿置于氧化爐中進行鈍化氧化20-30分鐘,氧化爐的溫度保持在375-390℃;
本步驟氧化爐的溫度保持在375-390℃,氧化時間可調(diào)整以保證氧化的效果。其中,氧化劑的組成成份如下:氫氧化鈉:50%,氫氧化鉀:20%,硝酸鈉:30%。氧化過程中氧化池內(nèi)的氧化劑變紅時,向其中加入還原劑,使紅色消失,還原劑是2-3%木炭,活塞桿氮化,進入氧化爐后,馬上被氧化形成致密的Fe3O4氧化膜,
2Fe+O2→2FeO
4Fe+3O2→2Fe2O3
FeO+2Fe2O3→2Fe3O4
其中氧化鹽浴中鐵銹Fe2O3與還原劑木炭(主要成分C),反應(yīng)如下
Fe2O3+C→Fe+CO2↑
在大量處理工件,氧化鹽浴會變紅,由于鹽浴中含有大量的Fe2O3。這時可以向氧化鹽浴中加入2-3%還原劑木炭,使紅色的Fe2O3還原成Fe或鐵的化合物,沉淀在爐的底部,通過撈渣除去,使紅色消失,這樣就不會使熱處理出來的活塞桿表面發(fā)紅現(xiàn)象,同時也延長了氧化鹽浴的使用壽命。
S5冷卻浸泡:將鈍化氧化完畢的活塞桿置于清水中冷卻,用清水浸泡60-80分鐘。本步驟中用清水浸泡時間長,冷卻效果好。
S6清洗、烘干、拋光。
上述低溫鹽浴碳氮共滲劑在表面處理活塞桿中的應(yīng)用的優(yōu)選實施例為:
S1清洗:將初加工完成的活塞桿放入超聲波清洗機內(nèi)在50℃的條件下清洗10分鐘后用清水漂洗;
S2預(yù)熱烘干:將漂洗完畢的活塞桿置于烘干爐中在265℃的條件下加熱10分鐘;
S3氮化:將烘干的活塞桿置于盛有上述低溫鹽浴碳氮共滲劑的氮化爐中氮化50分鐘,氮化爐的溫度保持在480℃;
S4鈍化氧化:將氮化完成的活塞桿置于氧化爐中進行鈍化氧化30分鐘,氧化爐的溫度保持在385℃;
S5冷卻浸泡:將鈍化氧化完畢的活塞桿置于清水中冷卻,用清水浸泡80分鐘;
S6清洗、烘干、拋光。
相比于現(xiàn)有技術(shù)而言,使用該碳氮共滲劑生產(chǎn)的活塞桿表面平滑、不漏氣,耐腐蝕、耐磨性強,廢品率低、使用壽命長。
為了更清楚詳細地介紹本發(fā)明實施例所提供的低溫鹽浴碳氮共滲劑及其在活塞桿表面處理中的應(yīng)用,以下將結(jié)合具體實施例進行說明。
實施例1
低溫鹽浴碳氮共滲劑,組分及含量(重量百分數(shù))如下:
尿素:35%
硫脲:10%
三聚氰胺:20%
氫氧化鉀:10%
碳酸鋰:10%
碳酸鈉:14%
氟化鈉:1%。
實施例2
低溫鹽浴碳氮共滲劑,組分及含量(重量百分數(shù))如下:
尿素:36%
硫脲:12%
三聚氰胺:20%
氫氧化鉀:10%
碳酸鋰:11%
碳酸鈉:10%
氟化鈉:1%。
實施例3
低溫鹽浴碳氮共滲劑,組分及含量(重量百分數(shù))如下:
尿素:38%
硫脲:10%
三聚氰胺:21%
氫氧化鉀:10%
碳酸鋰:10%
碳酸鈉:10%
氟化鈉:1%。
實施例4
低溫鹽浴碳氮共滲劑,組分及含量(重量百分數(shù))如下:
尿素:35%
硫脲:10%
三聚氰胺:24%
氫氧化鉀:10%
碳酸鋰:10%
碳酸鈉:10%
氟化鈉:1%。
實施例5
實施例1所述的低溫鹽浴碳氮共滲劑在活塞桿表面處理中的應(yīng)用,具體步驟包括:
清洗:將初加工完成的活塞桿放入超聲波清洗機內(nèi)在45℃的條件下清洗10分鐘后用清水漂洗;
預(yù)熱烘干:將漂洗完畢的活塞桿置于烘干爐中在275℃的條件下加熱10分鐘;
氮化:將烘干的活塞桿置于盛有實施例1所述的低溫鹽浴碳氮共滲劑的氮化爐中氮化55分鐘,氮化爐的溫度保持在475℃;
鈍化氧化:將氮化完成的活塞桿置于含有上述鈍化氧化劑的氧化爐中進行鈍化氧化25分鐘,氧化爐的溫度保持在385℃;
冷卻浸泡:將鈍化氧化完畢的活塞桿置于清水中冷卻,用清水浸泡70分鐘;
清洗、烘干、拋光。
實施例6
實施例1所述的低溫鹽浴碳氮共滲劑在活塞桿表面處理中的應(yīng)用,具體步驟包括:
清洗:將初加工完成的活塞桿放入超聲波清洗機內(nèi)在40℃的條件下清洗10分鐘后用清水漂洗;
預(yù)熱烘干:將漂洗完畢的活塞桿置于烘干爐中在250℃的條件下加熱10分鐘;
氮化:將烘干的活塞桿置于盛有實施例1所述的低溫鹽浴碳氮共滲劑的氮化爐中氮化40分鐘,氮化爐的溫度保持在450℃;
鈍化氧化:將氮化完成的活塞桿置于含有上述鈍化氧化劑的氧化爐中進行鈍化氧化20分鐘,氧化爐的溫度保持在375℃;
冷卻浸泡:將鈍化氧化完畢的活塞桿置于清水中冷卻,用清水浸泡60分鐘;
清洗、烘干、拋光。
實施例7
實施例1所述的低溫鹽浴碳氮共滲劑在活塞桿表面處理中的應(yīng)用,具體步驟包括:
清洗:將初加工完成的活塞桿放入超聲波清洗機內(nèi)在50℃的條件下清洗10分鐘后用清水漂洗;
預(yù)熱烘干:將漂洗完畢的活塞桿置于烘干爐中在300℃的條件下加熱10分鐘;
氮化:將烘干的活塞桿置于盛有實施例1所述的低溫鹽浴碳氮共滲劑的氮化爐中氮化60分鐘,氮化爐的溫度保持在500℃;
鈍化氧化:將氮化完成的活塞桿置于含有上述鈍化氧化劑的氧化爐中進行鈍化氧化30分鐘,氧化爐的溫度保持在390℃;
冷卻浸泡:將鈍化氧化完畢的活塞桿置于清水中冷卻,用清水浸泡80分鐘;
清洗、烘干、拋光。
實施例8
清洗:將初加工完成的活塞桿放入超聲波清洗機內(nèi)在50℃的條件下清洗10分鐘后用清水漂洗;
預(yù)熱烘干:將漂洗完畢的活塞桿置于烘干爐中在265℃的條件下加熱10分鐘;
氮化:將烘干的活塞桿置于盛有實施例1所述的低溫鹽浴碳氮共滲劑的氮化爐中氮化50分鐘,氮化爐的溫度保持在480℃;
鈍化氧化:將氮化完成的活塞桿置于氧化爐中進行鈍化氧化30分鐘,氧化爐的溫度保持在385℃;
冷卻浸泡:將鈍化氧化完畢的活塞桿置于清水中冷卻,用清水浸泡80分鐘;
清洗、烘干、拋光。
對比例
清洗:將初加工完成的活塞桿放入超聲波清洗機內(nèi)在50℃的條件下清洗10分鐘后用清水漂洗;
預(yù)熱烘干:將漂洗完畢的活塞桿置于烘干爐中在265℃的條件下加熱10分鐘;
氮化:將烘干的活塞桿置于盛有碳氮共滲劑的氮化爐中氮化50分鐘,
氮化爐的溫度保持在480℃;
鈍化氧化:將氮化完成的活塞桿置于氧化爐中進行鈍化氧化30分鐘,氧化爐的溫度保持在385℃;
冷卻浸泡:將鈍化氧化完畢的活塞桿置于清水中冷卻,用清水浸泡80分鐘;
清洗、烘干、拋光。
其中,碳氮共滲劑組分含量:尿素:40%、碳酸鉀:25%、碳酸鋇:10%、碳酸鈉20%、碳酸鋰:5%、
性能測試
實施例8和對比例的性能測試數(shù)據(jù)如下表1和表2。
表1:實施例8試驗數(shù)據(jù)
表2:對比例試驗數(shù)據(jù)
從表1和表2可以看出,利用本發(fā)明的低溫鹽浴碳氮共滲劑進行鹽浴熱處理將熱處理與防腐蝕處理一次完成,處理溫度低(480℃),時間短(50min),鹽浴穩(wěn)定,不宜揮發(fā),能同時提高零件表面硬度、耐磨性、抗蝕性和疲勞強度,降低摩擦系數(shù),變形小,無公害,同時降低了活塞桿的脆性,明顯擴大了適應(yīng)氮碳共滲的材料范圍。