CN100516280C - 一种钢铁工件低温气体渗氮方法 - Google Patents

一种钢铁工件低温气体渗氮方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢铁工件低温气体渗氮方法，包括工件前期预处理和后期低温气体渗氮处理，前期预处理包括，在电镀装置的电镀液中，将工件作为其中的一个电极，加载交流电源，对工件表面进行交流电处理。这种前期预处理方式，由于交流电的作用，钢铁工件表面晶粒细化，表面金属粒子激活能增加，利于实现后期低温气体渗氮。又由于交流电处理方式特别适宜对复杂形状及精密钢铁零件等工件表面进行预处理，而不存在使零件变形问题，能够满足零件技术精度要求。

Description

一种钢铁工件低温气体渗氮方法
技术领域
本发明涉及一种钢铁工件表面低温气体渗氮方法。
背景技术
渗氮是一种以氮原子渗入铁或钢工件表面，形成一层以氮化物为主的渗层的化学热处理方法。渗氮有三个基本过程：活性氮原子的产生、表面的吸收和氮原子的扩散。众所周知，渗氮不仅可以提高钢铁工件表面的硬度、耐磨性以及耐疲劳性，而且还可以提高钢铁工件在腐蚀介质中工作的耐蚀性，由上述种种优点，渗氮技术已被广泛应用于生产实践中。气体渗氮作为最原始的渗氮技术因其设备投资少、调整维修比较简单、工艺简单容易操作、热稳定性高、而在工业生产中被广应用，逐步发展了一段渗氮法、二段渗氮法、三段渗氮法、可控渗氮等多种气体渗氮技术方式。但是随着各种机械的高性能化，对于构成这些机械的钢铁零部件的品质要求也越来越高，传统的渗氮方法暴露出了它的不足：氮化温度比较高，处理工件变形，渗氮时间长，能源浪费，成本高以及应用的工件钢种受到一定限制等缺点。
现有技术公开了一种纯铁的低温渗氮技术(31 January 2003 VOL 299 SCIENCE)，该技术是通过纯铁表面喷丸处理，工件表面产生塑性变形使纯铁表面晶粒纳米化，实现纯铁低温(300℃)气体渗氮。但是这种表面喷丸处理方式通常会使工件表面产生了塑性变形，对于薄片件和精密件处理后会影响工件技术要求精度，所以该低温渗氮仅限于平面或者形状较为简单的工件表面处理，应用前景比较窄。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种钢铁工件低温气体渗氮的方法，其不仅能实现钢铁工件的低温快速气体渗氮，而且复杂形状以及精密钢铁零件氮化处理后能较好地满足精度技术要求。
为解决上述技术问题，其技术解决方案是：
一种钢铁工件低温气体渗氮方法，其包括工件前期预处理和后期低温气体渗氮处理，上述前期预处理包括，在电镀装置的电镀液中，将工件作为两个电极中的某一个电极，加载交流电源，对工件表面进行交流电处理；上述电镀液可选用工业镀铁用的氯化物镀液或硫酸盐镀液。
上述交流电处理中，交流电源可选用20～100Hz交流电源，电流密度为5A/dm2～20A/dm2，通电时间为10～60分钟。
上述氯化物镀液可为氯化亚铁和氯化钙混合镀液，其中氯化亚铁为300～450g/L，氯化钙为150～190g/L，镀液的PH值为0.2～1.8。
上述氯化亚铁镀液，可直接采用铁屑与盐酸反应制得氯化亚铁溶液，再以8A/dm2～10A/dm2的阴极电流密度电解后得到。
上述电镀装置中的另一个电极可选用惰性电极或者与工件同种材质电极。
上述另一个电极的形状与工件形状相耦合。
上述前期处理还包括，对置入电镀液前的工件进行常规表面抛光，及丙酮、酒精清洗处理；以及对脱离电镀液后的工件进行常规丙酮、酒精清洗，及干燥处理。
本发明钢铁工件低温气体渗氮方法中，对工件表面交流电处理，采用普通电镀装置即可完成，电镀液也可选用工业镀铁用的氯化物镀液、硫酸盐镀液等。这种前期预处理技术方式，由于交流电的作用，钢铁工件表面晶粒细化，表面金属粒子激活能增加，利于实现后期钢铁工件的低温气体渗氮。又由于交流电处理方式特别适宜对复杂形状及精密钢铁零件等工件表面进行预处理，而不存在使零件变形问题，能够满足零件技术精度要求。另外，通过该前期处理，钢铁工件表面晶界的增多，促进了渗氮的速度，缩短渗氮周期。
具体实施方式
实施例1，在前期预处理过程中，所配置电镀液可为氯化亚铁和氯化钙的混合镀液，其中氯化亚铁300g/L，氯化钙150g/L，PH值为0.2；为了降低成本，可自行配置上述氯化亚铁镀液，直接采用铁屑与盐酸反应制得氯化亚铁溶液，再以8A/dm2～10A/dm2的阴极电流密度电解后即可作为镀液使用。将镀液倒入电解槽中，把经过常规表面抛光，丙酮、酒精清洗过的钢铁工件作为一个电极固定，另一个电极选用与工件同种材质的电极。加载(接通)20Hz的交流电源，电流密度为5A/dm2，通电时间为60分钟。
从电镀液中取出钢铁工件，进行常规丙酮、酒精清洗，干燥后进行后期低温气体渗氮处理。将工件放入普通气体渗氮炉中，渗氮气体为纯氨，温度为300℃，通过调节氨气流量以及炉内压力控制氮势，氨分解率测量仪测量监测氮势，氮化时间9小时。
为了进一步提高工件表面预处理均匀度，可将另一个电极制成与被处理钢铁工件形状相耦合的形状。
实施例2，在前期处理过程中，所配置电镀液为氯化亚铁和氯化钙的混合镀液，其中氯化亚铁400g/L，氯化钙160g/L，PH值0.9。将电镀液倒入电解槽中，把经过常规表面抛光，丙酮、酒精清洗过的钢铁工件作为一个电极固定，另一个电极选用惰性电极。接通40Hz交流电源，电流密度为10A/dm2，通电时间为30分钟。
从电镀液中取出钢铁工件，进行常规丙酮、酒精清洗，干燥后进行后期低温气体渗氮处理。将工件放入普通气体渗氮炉中，渗氮气体为纯氨，温度为300℃，通过调节氨气流量以及炉内压力控制氮势，氨分解率测量仪测量监测氮势，氮化时间为15小时。
为了进一步提高工件表面预处理均匀度，可以将另一个惰性电极制成与被处理钢铁工件形状相耦合的形状。
实施例3，在前期处理过程中，所配置电镀液为氯化亚铁和氯化钙的混合镀液，其中氯化亚铁450g/L，氯化钙190g/L，PH值1.8。将电镀液倒入电解槽中，把经过常规表面抛光，丙酮、酒精清洗过的钢铁工件作为一个电极固定，另一个电极应用惰性电极或者与工件同种材质的电极。接通100Hz交流电源，电流密度20A/dm2，通电时间为10分钟。
从溶液中取出钢铁工件，进行常规丙酮、酒精清洗，干燥后进行后期低温气体渗氮处理。将工件放入普通气体渗氮炉中，渗氮气体为纯氨，温度为300℃，通过调节氨气流量以及炉内压力控制氮势，氨分解率测量仪测量监测氮势，氮化时间为30小时。
为了进一步提高工件表面预处理均匀度，可以将另一个电极制成与被处理钢铁工件形状相耦合的形状。

Claims (7)

1、一种钢铁工件低温气体渗氮方法，其包括工件前期预处理和后期低温气体渗氮处理，特征在于：所述前期预处理包括，在电镀装置的电镀液中，将工件作为两个电极中的某一个电极，加载交流电源，对工件表面进行交流电处理；所述电镀液选用工业镀铁用的氯化物镀液或硫酸盐镀液。
2、根据权利要求1所述的钢铁工件低温气体渗氮方法，其特征在于：所述交流电处理中，交流电源选用20～100Hz交流电源，电流密度为5A/dm2～20A/dm2，通电时间为10～60分钟。
3、根据权利要求1或2所述的钢铁工件低温气体渗氮方法，其特征在于：所述氯化物镀液为氯化亚铁和氯化钙混合镀液，其中氯化亚铁为300～450g/L，氯化钙为150～190g/L，镀液的PH值为0.2～1.8。
4、根据权利要求3所述的钢铁工件低温气体渗氮方法，其特征在于：所述氯化亚铁镀液，是直接采用铁屑与盐酸反应制得氯化亚铁溶液，再以8A/dm2～10A/dm2的阴极电流密度电解后得到。
5、根据权利要求1或2所述的钢铁工件低温气体渗氮方法，其特征在于：所述电镀装置中的另一个电极可选用惰性电极或者与工件同种材质电极。
6、根据权利要求5所述的钢铁工件低温气体渗氮方法，其特征在于：所述另一个电极的形状与工件形状相耦合。
7、根据权利要求1或2所述的钢铁工件低温气体渗氮方法，其特征在于：所述前期处理还包括，对置入电镀液前的工件进行常规表面抛光，及丙酮、酒精清洗处理；以及对脱离电镀液后的工件进行常规丙酮、酒精清洗，及干燥处理。
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