CN103060742A

CN103060742A - 液相等离子体电解渗氮的电解液

Info

Publication number: CN103060742A
Application number: CN2013100096620A
Authority: CN
Inventors: 华小珍; 许武波; 周浪; 郭文廷; 周贤良; 崔霞
Original assignee: Nanchang Hangkong University
Current assignee: Nanchang Hangkong University
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明公开一种液相等离子体电解渗氮的电解液。该电解液为一种双重电解质溶液，其主要以工业浓氨水（NH3·H2O）、甲酰胺（HCONH2）、尿素（CO(NH2)2）之一种或多种为主要活性原子供剂，氯化钾（KCl）为易溶盐，余量为水。采用本发明的电解液配方，利用液相等离子体电解渗氮（氮碳共渗）装置，在160V至300V的电压下处理几分钟至几十分钟，即均匀致密且与基体结合良好的表面改性层，本发明的特点是处理完的工件直接在电解液中完成淬火，工件变形轻微。通过对电解液成分及电压的控制，可以得到均匀致密、与基体结合良好，具有不同组成及结构的渗氮层，在氨水浓度为百分之六十的电解液中，220V电压下处理10min后，试样获得了良好的渗氮效果，试样表面呈现灰色，渗氮层中白亮层、扩散层和基体组织三部分特征明显，渗氮层各层组织均匀致密，无明显缺陷，各层厚度之和可达110μm。

Description

液相等离子体电解渗氮的电解液

所属技术领域

本发明涉及一种渗氮的电解液，尤其涉及一种液相等离子体电解渗氮的电解液。

背景技术

渗氮又称氮化，是钢铁表面改性工艺中的重要组成部分，其是指将钢铁零件放置在活性氮的介质中，在一定温度和保温时间下，使其表面渗入氮元素的过程。其目的是提高表面层的硬度与耐磨性以及提高疲劳强度、抗腐蚀性能等。因此，渗氮工艺被广泛应用于航空、航天、船舶、军工等工业领域的各个方面，如直升机传动系统的主动齿轮、螺栓、轴颈螺母、齿轮轴等重要零件，坦克、装甲车、航空发动机、汽车变速箱的齿轮以及枪管、螺栓、弹盒、炮身、导管、衬套、轴和各种工模具等各种重要零件的表面处理。

目前，钢铁表面渗氮工艺主要采用气体渗氮、液相渗氮、离子渗氮，但其都有自身的缺点。如：气体渗氮具有所需生产周期长、耗能大、生产效率低、工艺成本高等缺点；液体渗氮具有零件化合物层薄且脆的缺点，不能承受高压和冲击载荷，且不适用于具有封闭深孔的零件；离子氮化具有设备费用较大，目前准确测温尚未完全解决，不适于大批量生产，其工艺成本仍然较高，存在温度不均匀的问题等缺点。

液相等离子体电解渗氮由于在在一个开放的大气环境下、特定的电解液中进行的，可以在完成渗氮、渗碳或碳氮共渗处理后直接淬火，在几分钟的时间内即可获得高硬度、耐磨、耐蚀的渗层。与传统的离子碳氮共渗技术相比，具有耗能低（与传统工艺相比可节约用电(60-85%)、无污染、处理时间短（几十秒到几分钟）、工件变形小、工艺简单、设备成本低廉、试用范围广等优点。工件表面处理的电解液温度仅45-80℃，工件处理完在电解液中直接淬火，工件变形轻微，表面硬度高，渗氮（碳）均匀性好并且表面清洁光亮。

但目前该项技术的相关研究还相对较少，还处于工艺探索和实验数据积累过程，且研究内容主要集中在脉冲直流电源输出下进行液相等离子体电解渗氮，普通直流电源输出下的液相等离子体电解渗氮研究相对较少。

因此，根据以上分析，本发明在以普通无脉冲直流电源为输出，液相等离子体电解渗氮装置条件下，对电解液配方进行探索与优化，以期提供适用于普通无脉冲直流输出的液相等离子体电解渗氮（氮碳共渗）方法的电解液配方，从而获得性能优良的渗氮层（氮碳共渗层）。

发明内容

本发明的目的是提供一种液相等离子体电解渗氮的电解液，通过液相等离子体电解渗透装置进行液相等离子体电解渗氮（氮碳共渗），以获得均匀致密且与基体结合良好的渗氮层（氮碳共渗层），从而保证其高表面层的硬度与耐磨性以及高疲劳强度、抗腐蚀等性能。

本发明的目的是这样来实现的，液相等离子体电解渗氮（氮碳共渗）电解液是一种双重电解质溶液，由下列重量百分比的原料组成：

活性氮、碳源 20%～80%

氯化钾（KCl） 0.5%～4.5%

蒸馏水（H2O）余量。

所述的活性氮、碳源由工业浓氨水(NH3·H2O)、甲酰胺(HCONH2)、尿素(CO(NH2)2)之一种或多种组成；易溶盐的选择对渗透效果具有决定性的作用，通过对不同易溶盐实验结果的分析可知，加入氟化盐、氯化钠及氯化铵盐的电解液不能在材料表面形成渗氮层（氮碳共渗层），而加入氯化钾的电解液则能形成较好的渗氮层(氮碳共渗层)。上述的工业浓氨水为质量分数25～28%的浓氨水，甲酰胺为化学分析纯，尿素为普通化学纯，氯化钾为化学分析纯粉末，水为蒸馏水。

采用本发明的电解液配方，利用液相等离子体电解渗氮（氮碳共渗）装置，在160V至300V的电压下处理几分钟至几十分钟，即均匀致密且与基体结合良好的表面改性层，此外，处理完的工件直接在电解液中完成淬火，工件变形轻微。通过对电解液成分及电压的控制，可以得到均匀致密、与基体结合良好，具有不同组成及结构的渗氮层（氮碳共渗层）。在氨水浓度为百分之六十的电解液中，220V电压下处理10min后，试样获得了良好的渗氮效果，试样表面呈现灰色，渗氮层中白亮层、扩散层和基体组织三部分特征明显，渗氮层各层组织均匀致密，无明显缺陷，各层厚度之和可达110μm。

附图说明

图1为本发明电解液为60%氨水+39%水+1%KCl，38CrMoAl 在220V下处理10min后渗氮层的SEM照片。

具体实施方式

在实施例中，所用的工业浓氨水为质量分数25～28%的浓氨水，甲酰胺为化学分析纯，尿素为普通化学纯，氯化钾为化学分析纯粉末，水为蒸馏水。

实施例1

电解液组成（重量）：

60%氨水(NH3·H2O)，39%水（H2O），1%氯化钾（KCl）。

处理工艺：将氯化钾先溶于水，然后加入氨水，获得所需电解液；利用液相等离子体电解渗氮（氮碳共渗）装置，在220V电压下处理10min。

处理结果：经上述处理后的38CrMoAl钢渗氮层表面主要成分为Fe3N、Fe4N、AlN和FeO相，渗氮层厚度为110μm，如图1所示。

实施例2

电解液组成（重量）：

60%甲酰胺(HCONH2)，39.5%水（H2O），0.5%氯化钾（KCl）。

处理工艺：将氯化钾先溶于水，然后加入甲酰胺，获得所需电解液；利用液相等离子体电解渗氮（氮碳共渗）装置，在220V电压下处理10min。

处理结果：经上述处理后的38CrMoAl钢渗层表面主要成分为FeN和FeO相，渗层厚度可达200μm.

实施例3

电解液组成（重量）：

20%尿素（CO(NH2)2），75.5%水（H2O），4.5%氯化钾（KCl）。

处理工艺：将氯化钾先溶于水，然后加入尿素，获得所需电解液；利用液相等离子体电解渗氮（氮碳共渗）装置，在220V电压下处理10min。

处理结果：经上述处理后的38CrMoAl钢渗层表面主要成分为Fe2N、Fe3N、CrN和Fe3O4相，渗层厚度可达130μm.

实施例4

电解液组成（重量）：

30%氨水(NH3·H2O)，30 %甲酰胺(HCONH2)，20%尿素（CO(NH2)2），18.8%水（H2O），1.2%氯化钾（KCl）。

处理工艺：将氯化钾先溶于水，然后加入氨水、甲酰胺、尿素，获得所需电解液；利用液相等离子体电解渗氮（氮碳共渗）装置，在220V电压下处理10min。

处理结果：经上述处理后的38CrMoAl钢渗层表面主要成分为Fe2N、Fe3N相，渗层厚度可达150μm。

Claims

1. 一种液相等离子体电解渗氮的电解液，其特征在于由下列重量百分比的原料组成：

活性氮、碳源： 20%～80%；

氯化钾： 0.5%～4.5%；

水：余量；

所述的活性氮、碳源由工业浓氨水、甲酰胺、尿素之一种或多种组成。

2.根据权利要求1所述的液相等离子体电解渗氮的电解液，其特征在于，所述的工业浓氨水为质量分数25～28%的浓氨水；甲酰胺为化学分析纯；尿素为普通化学纯；氯化钾为化学分析纯粉末；水为蒸馏水。

3.一种用权利要求1所述液相等离子体电解渗氮的电解液对钢材的表面进行液相等离子体电解渗氮的方法：其特征是获得所需电解液后，利用液相等离子体电解渗透装置，在160～300V电压下进行液相等离子体电解渗氮，经过几分钟至几十分钟的处理后获得均匀致密且与基体结合良好的渗氮层。