CN100363528C

CN100363528C - 化学热处理固体稀土催渗剂

Info

Publication number: CN100363528C
Application number: CNB2006100096654A
Authority: CN
Inventors: 刘成友; 王鸿春; 闫牧夫; 张国良; 刘志儒
Original assignee: HARERBIN YIFENG RARE EARTH MATERIAL DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: HARERBIN YIFENG RARE EARTH MATERIAL DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2026-01-24
Also published as: CN1804103A

Abstract

化学热处理固体稀土催渗剂，它涉及一种催渗剂。本发明的目的是为解决现有固体稀土催渗剂在处理渗碳钢、结构钢、工具钢和模具钢时，还存在着催渗效果差、对金相组织的改善影响小、加工后的工件表面硬度不够、对于渗层较深的生产工艺适用性差的问题，本发明按重量百分比由催渗剂40～90%和助剂10～60%制成，所述催渗剂为氯化稀土，所述助剂按重量百分比由尿素20～30%、双氢胺20～30%、黄血盐20～30%和氰酸钾或氰酸钠20～25%组成、或者由氯化钾50～70%，氯化钠20～40%和硼酸2～10%组成。所述氯化稀土为La、Ce、Pr、Nd按任意比例组成的混合氯化稀土、或者为单质的La或Ce的氯化稀土。本发明具有催渗效率高、对金相组织改善影响大、加工的工件表面硬度高、适用层深范围宽的优点。

Description

化学热处理固体稀土催渗剂

技术领域

本发明涉及一种催渗剂。

背景技术

气体渗碳与碳氮共渗是汽车行业与机动车辆中传动齿轮的重要生产工艺，也是锅炉、汽轮机、铁路和其他机械产品极其重要的表面处理工艺。上述两类工艺目前所用的稀土催渗剂其性状均为液体，主要是将稀土氯化物溶入有机溶液中构成液体稀土催渗剂，通过滴注的方式注入气体渗碳炉中，对渗碳过程起催渗作用。生产实践证明，由于气体渗碳炉与气体渗氮炉的品种、类型及结构的多样性，单一的液体稀土催渗剂远不能满足生产实际需要，主要表现在适用范围窄，对于一些采用气体渗碳剂生产设备不适用，容易发生堵塞进料管的缺点，有的使用起来，还很不方便。公开号为CN1039069A、公开日为1990年1月24日、发明名称为“固态稀土化学热处理催渗剂”的发明专利，公开了一种固态稀土化学热处理催渗剂，该固体稀土催渗剂在处理渗碳钢、结构钢、工具钢和模具钢时，虽然较液体稀土催渗剂在渗碳、渗氮和碳氮共渗方面有所改进，但由于组成单一，与液体稀土催渗剂相比，存在催渗效果较差、对金相组织的改善影响小、加工后的工件表面硬度不够、对于较深层的生产工艺适用性差的缺点。

发明内容

本发明的目的是为解决现有固体稀土催渗剂在处理渗碳钢、结构钢、工具钢和模具钢时，还存在催渗效果不理想、对改善组织影响小、加工后的工件表面硬度不够、适用范围窄的问题，提供一种化学热处理固体稀土催渗剂。本发明具有催渗效率高、加工的工件表面硬度高、改善金相组织、使用方便、适用渗碳渗层范围广的特点。本发明按重量百分比由催渗剂40～90％和助剂10～60％制成，所述催渗剂为氯化稀土(ReCl₃·nH₂O)，所述助剂按重量百分比由尿素20～30％、双氢胺20～30％、黄血盐20～30％和氰酸钾或氰酸钠(KOCN或NaOCN)20～25％组成、或者由氯化钾50～70％，氯化钠20～40％和硼酸2～10％组成。所述氯化稀土为La、Ce、Pr、Nd按任意比例组成的混合氯化稀土、或者为单质的La或Ce的氯化稀土。本发明与现有固体稀土催渗剂相比，具有催渗效率高、对金相组织改善影响大、加工的工件表面硬度高、适用层深范围宽的优点。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式按重量百分比由催渗剂40～90％和助剂10～60％制成，所述催渗剂为氯化稀土(ReCl₃·nH₂O)，所述助剂按重量百分比由尿素20～30％、双氢胺20～30％、黄血盐20～30％和氰酸钾或氰酸钠(KOCN或NaOCN)20～25％组成、或者由氯化钾50～70％，氯化钠20～40％和硼酸2～10％组成。所述氯化稀土为La、Ce、Pr、Nd按任意比例组成的混合氯化稀土、或者为单质的La或Ce的氯化稀土。

具体实施方式二：本实施方式按重量百分比由催渗剂氯化稀土40％和助剂60％制成，所述助剂按重量百分比由尿素25％、双氢胺25％、黄血盐25％和氰酸钾或氰酸钠(KOCN或NaOCN)25％组成、或者由氯化钾70％，氯化钠24％和硼酸6％组成。其它组成与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式按重量百分比由催渗剂氯化稀土90％和助剂10％制成，所述助剂按重量百分比由尿素27％、双氢胺27％、黄血盐26％和氰酸钾或氰酸钠(KOCN或NaOCN)20％组成、或者由氯化钾50％，氯化钠40％和硼酸10％组成。其它组成与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式为速效型固体稀土催渗剂，按重量百分比由氯化稀土(ReCl₃·nH₂O)80～90％、尿素2～8％、双氢胺2～6％、黄血盐2～5％、氰酸钾或氰酸钠(KOCN或NaOCN)2～8％制成。速效型固体稀土催渗剂的制作方法是：按重量百分比取氯化稀土80～90％、尿素2～8％、双氢胺2～6％、黄血盐2～5％、氰酸钾或氰酸钠2～8％，将上述各种化学原料粉碎成粒径小于0.5mm的细粒，再将普通的有机粘结材料(比如淀粉糨糊或食品胶，其重量占上述各种化学原料总重量的1～5％)放在细粒中一起进行均匀混合，通过模具进行冲压或挤压成几何形状的固体颗粒即可。所述速效型固体稀土催渗剂颗粒的粒径为0.1～10mm。速效型固体稀土催渗剂颗粒的形状为：圆形、椭圆形、园饼形、圆柱形、橄榄形、正方形、长方柱形或多棱柱形。速效型固体稀土催渗剂的使用温度范围：a、用于820～880℃，880～930℃温度范围气体渗碳与碳氮共渗工艺，用于处理表面渗层厚度＜1.2mm的浅层表面硬化处理。b、用500～600℃，或600～700℃温度范围的气体渗氮、气体碳氮共渗以及气体多元共渗(稀土、氮、碳、氧、硼、硫等)工艺，工件表面硬化层一般＜0.8mm。速效型固体稀土催渗剂的性能特征：a、气化温度特征：一般500℃以上稀土化合物才开始气化，因气化是一种吸热反应，炉内温度越高气化速度越快。只有气化后才能参与气相反应，参与炉气与工件间的界面反应。b、速效特征：具有明显速效作用，表现为使炉内的稀土化学势短时内达到相当高的水平，加速炉内气相反应及炉气与工件界面之间反应速度，以及加速工件表面对渗入元素N、C等的吸附与渗入过程，从而显现出强劲的催渗作用。因此速效特征就成为本实施方式的一大优点。

具体实施方式五：本实施方式为缓释型固体稀土催渗剂，按重量百分比由氯化稀土50～65％、氯化钾30～40％、氯化钠5～20％、硼酸1～7％制成。缓释型固体稀土催渗剂的制作方法是：①溶液法：按重量百分比取氯化稀土50～65％、氯化钾30～40％、氯化钠5～20％、硼酸1～7％，将以上原料加水制成水溶液，用加热浓缩法将水蒸发掉，重新结晶后制成颗粒即可。②熔盐法：按重量百分比取氯化稀土50～65％、氯化钾30～40％、氯化钠5～20％、硼酸1～7％，将以上原料混配均匀，置于坩埚内，放在电炉中加热熔融，将熔盐倒入模具中冷却制成颗粒即可。所述缓释型固体稀土催渗剂颗粒的粒径为0.1～10mm。缓释型固体稀土催渗剂颗粒的形状为：圆形、椭圆形、园饼形、圆柱形、橄榄形、正方形、长方柱形或多棱柱形。缓释型固体稀土催渗剂的使用温度范围：主要用于840～940℃温度范围内的气体渗碳及碳氮共渗工艺，处理不同尺寸与模数齿轮及其机械零件。缓释型固体稀土催渗剂的缓释原理：以氯化稀土为主催渗剂，其它氯盐为助剂，将这些盐熔融在一起后，控制其气化点的高低，只有混合熔盐中氯化稀土气化后才能参予炉内气相反应，参与炉气与工件间界面反应，促进C原子被工件吸收与扩散，起催渗作用。使用特点：缓释型固体稀土催渗剂具有可控缓释性能。在840～920℃气体渗碳炉中将被缓释蒸发，当稀土被气化后，就可对气体渗碳过程起催渗作用。无论那种气体渗碳介质如甲醇+煤油、甲醇+乙酯、吸热式气氛，丙酮及氮基气氛、天然气气氛均可应用。可将渗碳温度降至840～880℃，减少了工件变形，节电20～30％，还能改善金相组织及提高机械性能。

速效型固体稀土催渗剂应用实例：

①.重庆某厂用60kw井式渗碳炉处理摩托车零件，渗碳层0.4～0.7mm，原工艺900℃煤油加甲醇渗碳，到温排气后关孔渗碳1～1.5h，经常出现渗层深度达到上限，而工件表层碳浓度达不到0.8％C要求，导致淬火后表面硬度不足，耐磨性与疲劳寿命不足，早期失效。后改用860℃×2.5h稀土渗碳，具体操作为排气完毕后关孔前向炉内投入速效型固体稀土催渗剂，表面深层达到0.6mm以上，表面出现细小弥散颗粒状碳化物，硬度HRC62～64，工艺总时间比原工艺少1h，渗碳温度下降了40℃，零件变形明显减少。

②.柳州注塑机厂生产的主轴材料为38CrMoAl，原工艺为510℃×50h，达到渗层深度0.5mm，表面硬度HV＞960。我们把速效型固体稀土催渗剂与工件一起吊入炉内，采用540℃温度下进行稀土渗氮，结果25h就达到0.5mm，提高渗速一倍，金相与硬度完全合格。

缓释型固体稀土催渗剂应用实例：

山东潍坊齿轮箱有限责任公司用箱式多用炉处理汽车齿轮，渗碳层深为0.8～1.2mm，材质20CrMnTi钢。原工艺采用930℃丙烷加甲醇气体渗碳，技术指标：马氏体、残余奥氏体、碳化物控制在3级以内，表面硬度HRC58～62，原工艺周期总占炉时间11-12h，层深0.9～1.1mm。硬度HRC58～62。使用缓释型固体稀土催渗剂的方法是把它与工件放在一起进入炉内，将工艺温度降至880℃，工艺总占炉时间10～11h，结果层深达到1.05～1.20mm，表面硬度达到HRC60～63，金相组织马氏体残余奥氏体，碳化物均在1级以内，取得了良好的结果。

Claims

1.一种化学热处理固体稀土催渗剂，其特征在于按重量百分比它由催渗剂40～90％和助剂10～60％制成，所述催渗剂为氯化稀土，所述助剂按重量百分比由尿素20～30％、双氢胺20～30％、黄血盐20～30％和氰酸钾或氰酸钠20～25％组成、或者由氯化钾50～70％，氯化钠20～40％和硼酸2～10％组成。

2.根据权利要求1所述的化学热处理固体稀土催渗剂，其特征在于按重量百分比它由催渗剂氯化稀土40％和助剂60％制成，所述助剂按重量百分比由尿素25％、双氢胺25％、黄血盐25％和氰酸钾或氰酸钠25％组成、或者由氯化钾70％，氯化钠24％和硼酸6％组成。

3.根据权利要求1所述的化学热处理固体稀土催渗剂，其特征在于按重量百分比它由催渗剂氯化稀土90％和助剂10％制成，所述助剂按重量百分比由尿素27％、双氢胺27％、黄血盐26％和氰酸钾或氰酸钠20％组成、或者由氯化钾50％，氯化钠40％和硼酸10％组成。

4.根据权利要求1、2或3所述的化学热处理固体稀土催渗剂，其特征在于所述氯化稀土为La、Ce、Pr、Nd按任意比例组成的混合氯化稀土、或者为单质的La或Ce的氯化稀土。

5.根据权利要求5所述的化学热处理固体稀土催渗剂，其特征在于所述固体稀土催渗剂颗粒的粒径为0.1～10mm。

6.根据权利要求5所述的化学热处理固体稀土催渗剂，其特征在于固体稀土催渗剂颗粒的形状为：圆形、椭圆形、园饼形、圆柱形、橄榄形、正方形、长方柱形或多棱柱形。

7.根据权利要求8所述的化学热处理固体稀土催渗剂，其特征在于所述固体稀土催渗剂颗粒的粒径为0.1～10mm。

8.根据权利要求8所述的化学热处理固体稀土催渗剂，其特征在于固体稀土催渗剂颗粒的形状为：圆形、椭圆形、园饼形、圆柱形、橄榄形、正方形、长方柱形或多棱柱形。