CN102492919A - 交流电场增强粉末法渗铬的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种用于提高金属零部件抗腐蚀、抗氧化及抗磨损能力的交流电场增强粉末法渗铬的方法与装置，其采取在粉末渗铬剂中放置两个平行的板状电极，两电极分别由耐高温导线联接在一个电压在0～250伏范围连续可调的50Hz交流电源上，被处理零件位于两电极之间，电极和零件与渗铬剂一起密封在渗箱中，置于热处理炉中加热，当炉温到设定值后，在两极间施加适当强度交流电场，即可实现零件的快速渗铬。该法与现行方法相比，在700～1050℃范围的不同温度，渗速至少可提高0.5～3倍。该方法与装置可提高金属零件的粉末法渗铬的渗速、提高渗铬剂的利用率、降低渗铬温度、节约能源、减少零件变形。

Description

交流电场增强粉末法渗铬的方法与装置

技术领域

本发明属于金属零件表面化学热处理的方法与装置，特指一种用于金属零件表面强化、提高金属零件表面硬度、耐磨损性能、抗氧化性能与抗腐蚀性能的交流电场增强粉末法渗铬的方法与装置。

背景技术

将铬元素渗入金属工件表层形成渗铬层的化学热处理工艺称为渗铬。渗铬层具有很高的硬度、耐磨损、抗高温氧化、抗腐蚀等性能。通过渗铬处理，可以采用价格低廉的碳钢、低合金钢代替昂贵的高合金不锈钢、耐热钢、模具钢等来制作一些耐腐蚀、耐磨损零部件，在满足零部件使用性能的前提下，降低生产成本。所以渗铬在工程上具有较广泛应用。渗铬方法可分为固体粉末渗铬法、盐浴渗铬法、气体渗铬法和离子渗铬法等。

较之其它渗铬法，固体粉末渗铬法设备投资小，工艺简便易行。根据零件性能要求及零件材质的不同，一般是在850～1100℃之间进行的高温渗铬，常用保温时间6～20小时不等，获得20微米至150微米厚度的渗铬层。现行的粉末渗铬中活性铬原子的产生是由渗剂的热分解、相互反应而来，产生活性铬原子的效率较低，其浓度随渗铬温度的提高而提高，但高温长时间渗铬不仅能耗高，还会使零件基体材料组织粗化，降低零件基体材料的机械性能；在一定范围内，增加渗剂中供铬剂和活化剂、催渗剂含量也可增加活性铬原子，提高渗速，但一些活化剂、催渗剂价格较昂贵，有些则会在渗铬过程中产生腐蚀等副作用，增加渗箱损耗。粉末渗铬一般以铬铁粉或铬粉作为供铬剂，渗铬层均匀，但铬铁粉或铬粉用量大，在渗剂中铬铁粉的含量一般高达55％以上，铬粉的含量一般高达50％以上，并且利用率不高。因此现行工艺存在处理温度高、处理时间长、能耗大、成本较高等不足之处。

专利申请文献【200910183189.1】公开了一种直流电场加速固体粉末渗铬的方法。该方法是在粉末渗剂中以被渗铬零件作为负极，以与欲渗铬表面形状相仿的仿形板状电极为正极，通过在正、负极间施加直流电场来强化粉末法渗铬过程。但对于外形复杂的渗铬件，要获得均匀渗层，须制作相应复杂形状的仿形板状电极作为正极，这增加了工艺复杂性与成本；对于大型渗铬件，还需要配套较大功率的直流电源，增加设备成本；另外，由于被处理零件本身是电场负极，该方法不方便在同一渗箱中同时处理多个小零件。因此需要进一步研究发明简便易行、成本低廉的设备与工艺来强化粉末法渗铬，缩短渗铬时间，降低渗铬温度，提高供铬剂的利用率。

发明内容

针对现行粉末法渗铬工艺存在的上述问题，本发明通过在粉末渗铬剂中施加适当强度的交流电场，利用交流电场的物理作用，极大地促进粉末渗剂中供铬剂的分解，强化渗剂组分间的化学反应，高效率提供活性铬原子，增加活性铬原子的浓度与活性，大幅度提高供铬剂的利用率，增加被渗工件表层的扩散通道，可加快渗速，显著降低渗铬温度，减少零件变形，避免或减少零件基体组织的损伤，防止基体机械性能的降低，减少粉末渗铬剂中供铬剂、活化剂的含量。该法与现行粉末法渗铬相比，在700～1050℃范围的不同温度，渗速至少可提高0.5～3倍不等(具体与被渗铬材料的成分、渗剂、渗铬工艺参数等因素有关)，供铬剂的用量可减少40％以上，供铬剂的利用率提高1倍以上。由于被处理零件位于交流电场之中，本身不接电极，因此该方法便于在同一渗箱中同时处理多个小零件。

本发明所述工作方法，其特征为：在由供铬剂、活化剂、催渗剂、填充剂组成的固体粉末渗铬剂中放置两个平行的平板电极，两极通过耐高温导线分别联接在一个电压在0～250伏特范围连续可调的50Hz交流电源上，待处理工件置于两电极之间，工件两侧分别距离电极10～100mm，平板电极、零件与渗铬剂一起密封在渗箱中，将渗箱置于箱式炉中加热，温度范围为700～1050℃，当炉温到设定值后，在两极间加上0～250伏之间的50Hz交流电压。

本发明所述装置，其特征在于由置于固体粉末渗铬剂中的两个平行的平板电极、盛放固体粉末渗铬剂、电极与工件的渗箱、电压在0～250伏特范围连续可调的50Hz交流电源系统构成，交流电源两极分别通过耐高温导线及相应的绝缘、隔热组件连接两个平板电极，欲渗铬零件置于两个平板电极之间。

本发明中所用平板电极厚度范围1～10mm，采用熔点在1250℃以上的金属材料制作。

本发明的主要优点在于克服了常规粉末法渗铬单纯依赖渗剂受热分解、相互间发生化学反应产生活性铬原子或活性含铬基团而造成的一系列不足，利用交流电场对渗剂与被渗工件的物理作用，促进渗剂的分解与渗剂间的化学反应，提高反应速率与效率，大幅度增加活性铬原子的浓度与活性，增加被渗工件表层的扩散通道，从而提高供铬剂的利用率，加快渗入铬在工件内的扩散速度，降低渗铬温度，获得厚度均匀的渗铬层。所以具有如下有益效果：

1)采用与现行常规粉末法渗铬相同的渗剂、温度和保温时间时，供铬剂的利用率提高一倍以上，渗速至少可提高0.5～3倍不等；欲达到现行常规渗铬层厚度，供铬剂的用量可以减少30％以上，或保温时间缩短30％以上，或处理温度降低100℃以上，从而节约能源，提高效率，降低生产成本；

2)相对于现有其他渗铬技术，本发明装置简洁、工艺操作方便。

附图说明

附图1为交流电场增强粉末法渗铬装置示意图。

1)渗箱盖，2)耐火泥密封，3)渗箱，4)导电引线，5)粉末渗铬剂，6)板状电极，7)欲渗铬零件，8)板状电极，9)电压连续可调交流电源系统。

具体实施方式

本发明装置的示意图如附图1所示。下面为本发明的具体实施例：

实施例1

被渗材料：T12碳素工具钢；渗铬剂构成：供铬剂(铬铁，30％)、活化剂(氯化氨，4％)、疏松剂(木炭，2％)、填充剂(碳化硅，余量)。

在上述物质组成的固体粉末渗铬剂(5)中平行放置两个板状电极(6)、(8)，被渗试样(7)和两侧电极(6)、(8)间距离15mm，两电极(6)、(8)分别联接在一个电压在0～250伏范围连续可调的50Hz交流电源系统(9)上，电极(6)、(8)和被渗试样(7)与粉末渗铬剂(5)一起由耐火泥密封料(2)密封在带渗箱盖(1)的渗箱(3)中，将渗箱置于箱式炉中加热，渗铬温度：800℃，当炉温到设定值后，在两极间加上6A的50Hz交流电压，保温时间4小时。

试验结果：T12碳素工具钢获得21μm的渗铬层，而采用同样配方渗剂，采用现有的常规粉末渗铬工艺方法，同样经800℃×4小时渗铬，渗铬层厚度只有约11μm。

实施例2

被渗材料：T12碳素工具钢；渗铬剂构成：供铬剂(铬铁，30％)、活化剂(氯化氨，4％)、疏松剂(木炭，2％)、填充剂(碳化硅，余量)。

渗铬方法及装置同实施例1，渗铬温度：700℃，渗铬时间4小时，被渗试样和两侧板状电极间距离15mm，在板状电极间施加4A的50Hz交流电场。试验结果：T12碳素工具钢获得12μm的渗铬层；而以同样配方渗剂，采用现有的常规粉末渗铬工艺方法，同样经700℃×4小时渗铬，基本无渗铬层形成。

实施例3

被渗材料：T8碳素工具钢；渗铬剂构成：供铬剂(铬铁，25％)、活化剂(氯化氨，2％；氟硼酸钾，2％)、疏松剂(木炭，2％)、填充剂(碳化硅，余量)。

渗铬方法及装置同实施例1，渗铬温度：800℃，渗铬时间4小时，被渗试样和两侧板状电极间距离15mm，在板状电极间施加8A的50Hz交流电场。试验结果：T8碳素工具钢获得28μm的渗铬层；而以同样配方渗剂，采用现有的常规粉末渗铬工艺方法，同样经800℃×4小时渗铬，渗铬层厚度只有约12μm。

Claims (4)

1.交流电场增强粉末法渗铬的方法与装置，其特征是在由供铬剂、活化剂、催渗剂和填充剂组成的固体粉末渗铬剂中放置两个平行的板状电极，两极分别由耐高温导线联接在一个电压在0～250伏特范围连续可调的50Hz交流电源上，欲处理零件放置在两电极之间，零件两侧分别距离电极10～100mm，板状电极和零件与渗铬剂一起密封在渗箱中，将渗箱置于热处理炉中加热，温度范围为700～1050℃，当炉温到设定值后，在两极间加上0～250伏之间的交流电压。

2.实现权利要求1所述的的交流电场增强粉末法渗铬的装置，其特征在于由置于粉末渗铬剂中的两个平行板状电极(6)(8)、放置欲渗铬零件(7)、电极(6)(8)、渗铬剂(5)的渗箱(3)及其箱盖(1)与密封(2)、电压在0～250伏特范围连续可调的50Hz交流电源系统(9)构成，交流电源两极分别由耐高温导线(4)联接两个电极(6)(8)。

3.根据权利要求2所述的交流电场增强粉末法渗铬的装置，其特征在于所述板状电极材料厚度范围为1～10mm，采用熔点在1250℃以上的金属材料制作。

4.根据权利要求2所述的交流电场增强粉末法渗铬的装置，其特征在于板状电极与欲渗铬零件之间的距离为10～100mm。

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