CN100425728C

CN100425728C - 金属化学热处理氮碳氧多元共渗方法及其氮碳氧多元共渗剂配方

Info

Publication number: CN100425728C
Application number: CNB2005101229292A
Authority: CN
Inventors: 王锡良
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2025-12-05
Also published as: CN1786252A

Abstract

金属化学热处理氮碳氧多元共渗方法及其氮碳氧多元共渗剂配方，涉及金属热处理技术，具体地说是一种金属热处理所用的多元共渗剂配方。按照本发明所提供的设计方案，尿素30～40份，碳酸钠15～25份，碳酸钾15～25份，高铁酸钠20～30份，或者尿素33～37份，碳酸钠18～22份，碳酸钾18～22份，高铁酸钠23～27份(单位为重量份)。这是一种新的化学热处理方法——氮碳氧多元共渗盐浴基盐的配方，其配制成本不仅低廉，无污染，而且操作方便，特别适合大规模推广。通过氮碳氧多元共渗处理的钢铁工件，不仅极大地提高硬度，提高耐磨性，而且极大地提高耐腐蚀性。

Description

金属化学热处理氮碳氧多元共渗方法及其氮碳氧多元共渗剂配方

技术领域

本发明涉及金属热处理技术，具体地说是一种金属热处理所用的多元共渗方法及多元共渗剂配方。

背景技术

目前金属化学热处理领域很少有新技术新工艺出现，即使偶尔出现，也不过是对老工艺的改进，谈不上革新。现有的金属化学热处理方法主要有：1.渗碳2.渗氮3.碳氮共渗4.硫氮碳共渗这四种方法。这四种方法都有其弱点：(一)渗碳与碳氮共渗都是在奥氏体状态下处理，温度达到800℃以上，所以变形量大是其致命弱点。另外，由于以碳元素为主，其所能达到的硬度有限，即使达到了一定的硬度，也难避免产生脆性。(二)渗氮与硫氮碳共渗都是在铁素体状态下处理，避免了变形(微变形)，但由于其所生成的化学物质主要为Fe₂N，所以硬度虽然达到了，但还是没法避免其脆性。(三)以上四种方法都能提高金属表面的硬度，在某种程度上提高了金属的抗磨损性(硬度只是金属抗磨损的其中一个因素)，但对金属的抗腐蚀性都没有起到作用。如何用一种方法，在克服以上四种方法的弱点的基础上，既可解决金属的抗磨损性，又可解决金属的抗腐蚀性，就成为金属化学热处理的一个重大课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属化学热处理氮碳氧多元共渗方法及其氮碳氧多元共渗剂配方，利用这种配方处理的钢铁构件不但克服了其它化学热处理的缺点，而且有效地提高了金属的抗磨损性和抗腐蚀性，尤其是配方的各种组成成分属于一般常用化工原料，不仅便于采购，而且成本低廉，特别适合大规模推广。

按照本发明所提供的设计方案，金属化学热处理氮碳氧多元共渗方法是：将尿素30～40份，碳酸钠15～25份，碳酸钾15～25份，高铁酸钠20～30份，或者尿素33～37份，碳酸钠18～22份，碳酸钾18～22份，高铁酸钠23～27份(单位为重量份)，加入坩锅内，升温至480～580℃，使其处于熔融状态，形成盐浴，并发生如下反应：

a、2(NH2)CO+NaCO3＝2NaCNO+2NH3↑+H2O+CO2↑

2(NH2)CO+KCO3＝2KCNO+2NH3↑+H2O+CO2↑

b、NaCNO(或KCNO)→Na⁺(或K⁺)+CNO^-

c、4CNO^-→CO3^2-+2CN^-+CO+2[N]

d、2CO→CO2↑+[C]

e、NaFeO4→NaFeO2+2[O]

f、CN^-+2[O]→2CNO^-

上述反应均在480～580℃的温度下进行；按照具体情况，反应时间在0.5～8小时之间；

经过上述反应后，将待处理的钢铁构件放入上述盐浴内，进行下述共渗反应：

渗氮反应为：2Fe+[N]→Fe2N

3Fe+[N]→Fe3N

4Fe+[N]→Fe4N

渗碳反应为：3Fe+[C]→Fe3C

氧化反应为：2Fe+2[O]→2FeO

然后4Fe+6[O]→2Fe2O3

最后FeO+Fe2O3→Fe3O4

上述反应在480～580℃的温度下进行；按照具体情况，反应时间在0.5～8小时之间，单位为重量份。

上述方法所用的氮碳氧多元共渗剂配方为：尿素30～40份，碳酸钠15～25份，碳酸钾15～25份，高铁酸钠20～30份(单位为重量份)。

或者尿素33～37份，碳酸钠18～22份，碳酸钾18～22份，高铁酸钠23～27份(单位为重量份)。

本发明在独特的工艺下将金属进行氮碳氧多元共渗，在克服现有技术存在的弱点后，一次性解决了金属的抗磨损性和抗腐蚀性。

具体实施方案

氮碳氧多元共渗剂配方为尿素30～40份，碳酸钠15～25份，碳酸钾15～25份，高铁酸钠20～30份(单位为重量份)。

氮碳氧共渗的反应过程及原理如下：

将尿素30～40份，碳酸钠15～25份，碳酸钾15～25份，高铁酸钠20～30份加入坩锅内，或者尿素33～37份，碳酸钠18～22份，碳酸钾18～22份，高铁酸钠23～27份，(单位为重量份)。升温至480～580℃，使其处于熔融状态，形成盐浴。反应过程如下：

(一)2(NH2)CO+NaCO3＝2NaCNO+2NH3↑+H2O+CO2↑

2(NH2)CO+KCO3＝2KCNO+2NH3↑+H2O+CO2↑

(二)NaCNO(或KCNO)→Na⁺(或K⁺)+CNO^-

(三)4CNO^-→CO3^2-+2CN^-+CO+2[N]

(四)2CO→CO2↑+[C]

(五)NaFeO4→NaFeO2+2[O]

(六)2CN^-+2[O]→2CNO^-

上述反应均在480～580℃的温度下进行；按照具体情况，反应时间在0.5～8小时之间。

在化学方程式(三)、(四)、(五)中的[N]、[C]、[O]是渗氮、渗碳及渗氧所必需的元素。经过上述反应后，将待处理的钢铁构件放入上述盐浴内，进行下述共渗反应。

渗氮反应为：1、2Fe+[N]→Fe2N

2、3Fe+[N]→Fe3N

3、4Fe+[N]→Fe4N

渗碳反应为：3Fe+[C]→Fe3C

氧化反应为：1、2Fe+2[O]→2FeO

2、4Fe+6[O]→2Fe2O3

3、FeO+Fe2O3→Fe3O4

上述反应也在480～580℃的温度下进行；按照具体情况，反应时间在0.5～8小时之间。

要对金属进行氮碳氧多元共渗，除了在共渗剂中必须含富有活性的N、C、O元素外，无污染也是及其重要的。在化学方程式(三)、(五)、(六)中CNO^-与CN^-在[O]的参与下的转换，是减少污染的关键所在。

氮碳氧多元共渗的原理是：利用尿素、碳酸钠、碳酸钾基盐中含富有活性的N、C、O元素，在高温480～580℃状态下形成盐浴，0.5～8小时同时利用氧化剂(高铁酸钠)对钢铁工件进行氮碳氧多元共渗处理。

Claims

1、金属化学热处理氮碳氧多元共渗方法，其特征是：将尿素30～40份，碳酸钠15～25份，碳酸钾15～25份，高铁酸钠20～30份加入坩锅内，升温至480～580℃，使其处于熔融状态，形成盐浴，并在480～580℃的温度下进行反应；按照具体情况，反应时间在0.5～8小时之间，单位为重量份；

经过上述反应后，将待处理的钢铁构件放入上述盐浴内，在480～580℃的温度下进行共渗反应；按照具体情况，反应时间在0.5～8小时之间。

2、如权利要求1所述的金属化学热处理氮碳氧多元共渗方法，其特征是：尿素33～37份，碳酸钠18～22份，碳酸钾18～22份，高铁酸钠23～27份，单位为重量份。

3、如权利要求1所述金属化学热处理氮碳氧多元共渗方法所用的氮碳氧多元共渗剂配方，其特征在于该配方的组成为：尿素30～40份，碳酸钠15～25份，碳酸钾15～25份，高铁酸钠20～30份，单位为重量份。

4、如权利要求3所述金属化学热处理氮碳氧多元共渗方法所用的氮碳氧多元共渗剂配方，其特征在于该配方的组成为：尿素33～37份，碳酸钠18～22份，碳酸钾18～22份，高铁酸钠23～27份，单位为重量份。