專利名稱：鋼鐵表面強化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬的或用金屬的表面多步法化學(xué)或物理處理的方法。
為提高鋼鐵表面耐蝕耐磨性能，常用以下處理方法采用低溫氮碳共滲熱處理后加氧化處理。鋼鐵零件經(jīng)低溫氮碳共滲熱處理后，在零件表面形成一個ε-相白色層。白色層表面存在一個易被腐蝕的疏松層，其厚度取決于處理溫度及處理時間，溫度越高、時間越長，所形成的疏松層越厚。這一含有疏松層的ε-相白色層在標準鹽霧試驗條件下，經(jīng)14～17小時開始出現(xiàn)銹點。當?shù)蜏氐脊矟B后立即進行氧化處理，則零件表面形成一個氧化物層，可提高零件的耐蝕耐磨性能，在標準鹽霧試驗條件下，經(jīng)36～40小時開始出現(xiàn)銹點。但由于疏松層結(jié)構(gòu)特點和氧化工藝的局限性，零件表面“峰谷”狀的疏松點依然存在，限制了零件耐蝕耐磨性能的進一步提高。
氮碳共滲-氧化-機械拋光/電解拋光-再氧化的復(fù)合處理方法，亦稱NQPQ法。經(jīng)這種復(fù)合處理的零件，其ε-相表面的疏松層得到充分消除，表面光潔度大為提高，具有良好的耐蝕耐磨性能，在標準鹽霧試驗條件下，經(jīng)過70～80小時才出現(xiàn)銹點。這一復(fù)合處理方法的主要缺陷是工藝復(fù)雜煩鎖，且不適用于處理形狀復(fù)雜的零件。
化學(xué)沉積鎳基合金工藝。采用化學(xué)沉積法在零件表面沉積一層鎳基合金，適用于各種形狀的零件，表面鍍層厚度均勻，耐蝕性優(yōu)于奧氏體不銹鋼;表面硬度高，若通過適當?shù)臒崽幚?，顯微硬度可達HV1000左右，具有良好的耐磨性。但是，應(yīng)用這種工藝鍍復(fù)鋼鐵零件，其效果并不理想，原因在于鍍層極薄，約為5～10μm，其覆蓋密封性有限，腐蝕介質(zhì)會通過鍍層“微孔”腐蝕鋼鐵零件基體，耐蝕性能提高有限。若增加鍍層厚度，如達到20μm，可進一步提高耐蝕性，但零件在交變應(yīng)力作用下，厚的鍍層容易剝落，同時提高處理成本。
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種工藝簡單，耐蝕耐磨性能優(yōu)異的鋼鐵表面強化處理方法。
本處理方法采用下列工藝的依次組合a、低溫氮碳共滲熱處理或滲氮;
b、零件表面清洗與活化;
c、化學(xué)沉積鎳基合金。
基本原理鋼鐵零件經(jīng)過常用的低溫氮碳共滲熱處理后，表面形成一個ε-相白色層，白色層表面存在一個“峰谷”狀疏松層;采用常用的化學(xué)沉積法，利用表面存在的峰谷狀疏松層，沉積一層能與疏松層緊密結(jié)合的鎳基合金層;為使化學(xué)沉積工藝發(fā)揮最佳效果，必須對低溫氮碳共滲熱處理后的鋼鐵零件進行清洗與活化。


圖1為鋼鐵零件經(jīng)本強化處理后的表面形貌圖，圖中1-基體，2-ε-相層，3-結(jié)合層，4-化學(xué)沉積層。
上述的氮碳共滲或滲氮技術(shù)，包括氣體法、鹽浴法和離子滲氮法，常用溫度為500～690℃。
上述的化學(xué)沉積鎳基合金，包括化學(xué)沉積鎳磷合金和化學(xué)沉積鎳硼合金。沉積最好在酸性鍍槽中進行，每1000ml水溶液中含NiCl2或NiSO410～50g，最佳值為20～30g，PH值為4.0～5.0。鍍層厚度5～15μm，或根據(jù)需要而定。
零件的清洗與活化包括以下步驟Ⅰ、用濃度為10～30%的HCl水溶液，在溫度為50～70℃下清洗0.5～3分鐘;
Ⅱ、清水漂洗;
Ⅲ、用濃度為20%左右的HCl水溶液，在溫度為80～90℃下，浸漬3秒鐘;
Ⅳ、快速清水漂洗;
Ⅴ、置入PH值為4.0～5.0的酸性化學(xué)沉積槽。
本發(fā)明的鋼鐵表面強化處理方法，其優(yōu)點是1、同工藝復(fù)雜的NQPQ法比較，耐蝕耐磨性能高4倍以上;同單一的低溫氮碳共滲或單一的化學(xué)沉積鎳基合金工藝比較，能產(chǎn)生意想不到的耐蝕耐磨效果。
2、適用范圍廣，包括形狀復(fù)雜和容易變形的零件;
3、操作簡便，成本低廉，所含步驟工藝成熟，易推廣應(yīng)用。
實施例1工件20＃鋼試片。
600℃尿素氣體氮碳共滲2小時;
浸入60℃、10%HCl水溶液1分鐘→清水漂洗→浸入80℃、20%HCl水溶液4秒鐘→清水漂洗→置入鍍槽;
鍍液每1000水溶液中含有NiSO427g、次亞磷酸鈉20g、醋酸鈉10g、檸檬酸三鈉10g，溫度82℃，PH值4.5，鍍復(fù)30分鐘，鍍層厚度5～9μm。
處理后的工件，在標準鹽霧條件下，經(jīng)314小時后出現(xiàn)點蝕，磨擦量1.1。
實施例2工件40Cr鋼制造的疏水閥閥座;
590℃下低溫氮碳共滲2.5小時;
清洗活化工藝與實施例1相同;
鍍液NiCl222g/l，次亞磷酸鈉21g/l，溫度85℃，PH值4.5;鍍復(fù)時間為30分鐘，鍍復(fù)厚度為10～15μm。
處理后的工件，在標準鹽霧條件下，經(jīng)325小時后開始出現(xiàn)點蝕。用普通鋼制作為零件，用本方法處理后，可代替不銹鋼使用。
各有關(guān)對比數(shù)據(jù)列于表1和表2
注1、磨損在銷盤式磨損試驗機上進行，負荷0.2MPa，磨損距離1400m。
2、滲碳溫度930℃，時間2h。
3、氮碳共滲溫度600℃，時間2h。
4、離子氮化溫度520℃，時間4h。
5、氣體氮化溫度520℃，時間70h。
權(quán)利要求
1.一種鋼鐵表面強化處理方法，包括低溫氮碳共滲或滲氮熱處理工藝，化學(xué)沉積鎳基合金工藝，本發(fā)明的特征在于采用下列工藝的依次組合a、低溫氮碳共滲熱處理或滲氮；b、零件表面清洗與活化；c、化學(xué)沉積鎳基合金。
全文摘要
一種包含氮碳共滲或滲氮、化學(xué)沉積鎳基合金的鋼鐵表面強化處理方法，通過工藝的合理結(jié)合，使處理后的鋼鐵零件的耐蝕耐磨性能比已有的處理方法高4倍以上，適用于各種形狀和易變形的鋼鐵零件表面處理，工藝簡單，成本低廉，有普遍推廣應(yīng)用的前景。
文檔編號C23C28/00GK1031573SQ8810239
公開日1989年3月8日 申請日期1988年4月23日 優(yōu)先權(quán)日1988年4月23日
發(fā)明者李志章, 徐均國, 俞德才, 姚天貴, 王均捷 申請人:浙江大學(xué), 浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)