发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种氮化层均匀可控,成本低,且工艺简单易行的铝及铝合金氮化工艺。
本发明通过以下技术方案予以实现:
铝及铝合金液体氮化方法,包括如下步骤:
1)去除表面氧化膜
a.预处理并清洗工件表面;
b.第一次浸锌,在室温环境下将经清洗的所述工件浸入浸锌溶液中进行第一次浸锌,时间50~70s;
c.水洗,用水清洗经第一次浸锌后的所述工件;
d.退锌,将经水洗后的所述工件在室温下浸入硝酸水溶液中退锌;
e.第二次浸锌,在室温环境下将经退锌的所述工件浸入浸锌溶液中进行第二次浸锌,时间时间25~35s;
f.水洗吹干,用水清洗经第二次浸锌后的所述工件并吹干或晾干;
2)表面氮化
a.熔化浴盐:加热使浴盐熔化;
b.预热工件:将经过去除表面氧化膜的所述工件置250-350℃条件下预热30-50min;
c.渗氮:将经预热的所述工件放入所述熔化的浴盐中进行渗氮,温度580-610℃,时间1-5h;
d.冷却:将渗氮后的所述工件冷却至室温;
e.清洗:将冷却后的所述工件置于沸水中清洗。
所述浸锌溶液是含有如下成分的水溶液:
氧化锌 10~30 g/L ;
氢氧化钠 50~70g/L ;
酒石酸钾钠 50 ~90g/L。
所述硝酸水溶液为水与硝酸按照体积比1:0.8-1.1配成的溶液,所述工件浸入该溶液中的时间为6-12s。
所述浴盐的按重量百分比由如下物质组成:46~48%尿素、 38~40%碳酸钠、6~8%氯化钾和6~8%氯化钠。
所述渗氮过程中,每间隔0.5小时向浴盐中添加尿素,添加量为每升浴盐加1~1.5克。这样就能够保证,在渗氮过程中,浴盐中氰酸盐含量在30-35%范围内。
所述去除表面氧化膜步骤中的预处理并清洗工件表面过程包含依次进行的化学除油、热水洗、冷水洗、酸浸蚀和水洗的分步骤。
本发明的有益效果如下:
1)浸锌处理有效地去除了铝及铝合金表面致密氧化物并阻止其在进入盐浴前的再度形成,有利于氮原子的渗入;
2)采用普通气体渗氮炉或可进行渗氮处理的气体渗碳炉就可实现铝及铝合金渗氮,渗氮设备要求不高,生产成本低,操作简单易行;
3)适应性广,可以处理各种形状和尺寸的工件;
4)工件所有表面能得到厚度均匀的氮化铝化合物层。渗层深度为4.5~16μm,工件表面显微硬度为纯铝35~55HV0.1,铝合金73~170HV0.1。
本发明的优点和特点,将通过下面优选实施例的非限制性说明进解释,这些实施例是仅作为例子给出的。
具体实施方式
以下实施例中,表面氮化过程中,除了预热采用RX3-15-9箱式电阻炉中进行,其它步骤都是在GY11-19电阻坩埚炉中进行的。
实施例1
工件材料为1050纯铝,其化学成分为Al 99.50%, Si 0.25%, Cu 0.05%, Mg 0.05%,另有仅少量Zn、Mn等。
首先对上述工件进行去除表面氧化膜处理,具体步骤如下:
1)预处理并清洗工件表面:包含依次进行的化学除油、热水洗、冷水洗、酸浸蚀和水洗的分步骤,其中化学除油、酸浸蚀按照现有一般工业纯铝表面处理方法进行处理。
2)第一次浸锌,在室温环境下(指5~35℃,下述相同)将预处理并清洗后的所述工件浸入浸锌溶液中进行第一次浸锌,时间55s。
浸锌溶液按下列配方配制:
氧化锌(ZnO) 10 g/L ;
氢氧化钠(NaOH) 50g/L ;
酒石酸钾钠(KNaC4 H4O6) 50g/L 。
3)水洗,用水清洗经第一次浸锌后的所述工件。
4)退锌,将经水洗后的所述工件在室温下浸入硝酸水溶液中退锌,时间为6s;
硝酸水溶液为水与硝酸按照体积比1:0.8配成的溶液。
5)第二次浸锌,在室温环境下将经退锌的所述工件浸入浸锌溶液中进行第二次浸锌,时间时间25s。
第二次浸锌溶液与第一次浸锌溶液相同。
6)水洗吹干,用水清洗经第二次浸锌后的所述工件并吹干或晾干。
上述步骤完成后,去除了工件表面氧化膜,在工件表面得到一层极薄的锌覆盖层,以防止铝的氧化膜产生。接着对工件进行表面氮化处理,具体步骤如下:
1)熔化浴盐:加热使浴盐熔化。
配制浴盐,其成分及重量百分比为:尿素46%、碳酸钠38%、氯化钾8%和氯化钠8%。将配制好的浴盐放入电阻坩埚炉坩埚内,升温,熔化固体盐,并加热至设定的580℃氮化工作温度。
2)预热工件:开启箱式电阻炉,使其升温至250℃工件预热温度。将经过去除表面氧化膜的工件连同料筐或挂具放入已加热至250℃的箱式电阻炉中预热,时间为30分钟。
3)渗氮:将预热好的工件连同料筐或挂具置于已加热至580℃浴盐中进行渗氮,时间为1小时;在渗氮过程中,每间隔0.5小时向浴盐中加入尿素,添加量为每升浴盐加1克尿素。
4)冷却:将渗氮后的工件取出,在空气中冷却至室温;
5)清洗:将上述冷却后的工件置于沸水槽中进行清洗以去除表面上附着的盐质。
经过上述处理后,工件的渗层深度为4.5μm,工件表面显微硬度为纯铝35.5HV0.1。
实施例2
工件材料为5050铝合金,其化学成分及重量百分含量为:Si 0.4%、Fe 0.7%、Cu 0.2%、Mn 1.1%、Mg 1.4%、Zn 0.25%、其它0.15%、余量为铝。
首先对上述工件进行去除表面氧化膜处理,具体步骤如下:
1)预处理并清洗工件表面:包含依次进行的化学除油、热水洗、冷水洗、酸浸蚀和水洗的分步骤,其中化学除油、酸浸蚀按照现有铝合金表面处理方法进行处理。
2)第一次浸锌,在室温环境下将预处理并清洗后的所述工件浸入浸锌溶液中进行第一次浸锌,时间60s。
浸锌溶液按下列配方配制:
氧化锌(ZnO) 20 g/L ;
氢氧化钠(NaOH) 60g/L ;
酒石酸钾钠(KNaC4 H4O6) 70g/L ;
3)水洗,用水清洗经第一次浸锌后的所述工件。
4)退锌,将经水洗后的所述工件在室温下浸入硝酸水溶液中退锌,时间为10s;
硝酸水溶液为水与硝酸按照体积比1:1配成的溶液。
5)第二次浸锌,在室温环境下将经退锌的所述工件浸入浸锌溶液中进行第二次浸锌,时间时间30s。
第二次浸锌溶液与第一次浸锌溶液相同。
6)水洗吹干,用水清洗经第二次浸锌后的所述工件并吹干或晾干。
上述步骤完成后,去除了工件表面氧化膜,在工件表面得到一层极薄的锌覆盖层,以防止铝的氧化膜产生。接着对工件进行表面氮化处理,具体步骤如下:
1)熔化浴盐:加热使浴盐熔化。
配制浴盐,其成分及重量百分比为:尿素47%、碳酸钠39%、氯化钾7%和氯化钠7%。将配制好的浴盐放入电阻坩埚炉坩埚内,升温,熔化固体盐,并加热至设定的600℃氮化工作温度。
2)预热工件:开启箱式电阻炉,使其升温至300℃工件预热温度。将经过去除表面氧化膜的工件连同料筐或挂具放入已加热至300℃的箱式电阻炉中预热,时间为40分钟。
3)渗氮:将预热好的工件连同料筐或挂具置于已加热至600℃浴盐中进行渗氮,时间为3小时;在渗氮过程中,每间隔0.5小时向浴盐中加入尿素,添加量为每升浴盐加1.2克尿素。
4)冷却:将渗氮后的工件取出,在空气中冷却至室温;
5)清洗:将上述冷却后的工件置于沸水槽中进行清洗以去除表面上附着的盐质。
经过上述处理后,工件的渗层深度为10.5μm,工件表面显微硬度107HV0.1。
实施例3
工件材料为2A12铝合金,其化学成分及重量百分含量为:Cu 4.3%、Mg 1.6%、Mn 0.6%、Si 0.4%、余量为铝。
首先对上述工件进行去除表面氧化膜处理,具体步骤如下:
1)预处理并清洗工件表面:包含依次进行的化学除油、热水洗、冷水洗、酸浸蚀和水洗的分步骤,其中化学除油、酸浸蚀按照现有铝合金表面处理方法进行处理。
2)第一次浸锌,在室温环境下将经清洗的所述工件浸入浸锌溶液中进行第一次浸锌,时间70s 。
浸锌溶液按下列配方配制:
氧化锌(ZnO) 30 g/L ;
氢氧化钠(NaOH) 70g/L ;
酒石酸钾钠(KNaC4 H4O6) 90g/L ;
3)水洗,用水清洗经第一次浸锌后的所述工件。
4)退锌,将经水洗后的所述工件在室温下浸入硝酸水溶液中退锌,时间为12s ;
硝酸水溶液为水与硝酸按照体积比1:1.1配成的溶液。
5)第二次浸锌,在室温环境下将经退锌的所述工件浸入浸锌溶液中进行第二次浸锌,时间时间35s。
第二次浸锌溶液与第一次浸锌溶液相同。
6)水洗吹干,用水清洗经第二次浸锌后的所述工件并吹干或晾干。
上述步骤完成后,去除了工件表面氧化膜,在工件表面得到一层极薄的锌覆盖层,以防止铝的氧化膜产生。接着对工件进行表面氮化处理,具体步骤如下:
1)熔化浴盐:加热使浴盐熔化。
配制浴盐,其成分及重量百分比为:尿素48%、碳酸钠40%、氯化钾6 %和氯化钠6%。将配制好的浴盐放入电阻坩埚炉坩埚内,升温,熔化固体盐,并加热至设定的610℃氮化工作温度。
2)预热工件:开启箱式电阻炉,使其升温至350℃工件预热温度。将经过去除表面氧化膜的工件连同料筐或挂具放入已加热至350℃的箱式电阻炉中预热,时间为50分钟。
3)渗氮:将预热好的工件连同料筐或挂具置于已加热至610℃浴盐中进行渗氮,时间为5小时;在渗氮过程中,每间隔0.5小时向浴盐中加入尿素,添加量为每升浴盐加1.5克尿素。
4)冷却:将渗氮后的工件取出,在空气中冷却至室温;
5)清洗:将上述冷却后的工件置于沸水槽中进行清洗以去除表面上附着的盐质。
经过上述处理后,工件的渗层深度为15μm,工件表面显微硬度为166HV0.1。
除上述实施例外,本发明还可以有其他实施方式,凡采用等同替换或等效变换形式的技术方案,均落在本发明要求的保护范围内。