CN103849831B - 一种铁路工务配件复合防蚀处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铁路工务配件复合防蚀处理工艺，包括以下步骤：（1）、氮化炉加热到475℃，将工件送入氮化炉中；（2）、继续升温2h，使温度达到780℃，期间连续通入流量4000L/min的NH3气和流量600L/min的氧气，同时滴入稀土Re添加剂；（3）、在温度最高段780℃时进入强渗透1h，期间通入的NH3气流量、氧气流量分别是步骤2中NH3气流量及氧气流量的3倍以上；（4）、强渗透后在780℃时保温1h；（5）、将工件从炉内取出，封闭油浸处理。本发明是针对螺旋道钉、轨距挡板等弹条Ⅰ型扣件锈蚀而设计的防蚀处理工艺，经复合防蚀处理后的零件表面可获得双层耐蚀化合物层，使之具有优良的耐蚀性和稳定性，渗层脆性小，与基体结合牢固，表面多孔易于形成油膜，并可进一步钝化处理成不同PH值表面形成系列产品，免维护及长寿命的优点。
Description
技术领域：
本发明涉及金属材料的防锈处理领域，特别涉及一种铁路工务配件复合防蚀处理工艺。
背景技术：
铁路线路中使用的螺旋道钉、轨距挡板等弹条Ⅰ型扣件，在线路上承受大气及机车尾气腐蚀，从而产生锈蚀过早失效，造成行车安全隐患。为了解决上述问题，目前常用金属零件渗氮工艺，在零件表面渗入渗氮层，以保护及延缓金属零件锈蚀过程。由于铁路线路中使用的螺旋道钉、轨距挡板等弹条Ⅰ型扣件，常年风吹雨淋、温差较大，行车时还铁轨产生弹性跳动使工务配件承受震动摩擦及各种复杂的交变应力。但该渗氮工艺仅仅是在金属零件表面渗入一层30—50μm的渗氮层，其防锈蚀的能力不能满足长期抗锈蚀工作的要求。
发明目的：
本发明的目的就是为了进一步提高铁路工务配件的防锈蚀能力，提供的一种铁路工务配件复合防蚀处理工艺。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
1、一种铁路工务配件复合防蚀处理工艺，其特征在于包括以下步骤：
（1）、预热：氮化炉加热到450℃—475℃，将工件送入氮化炉中，氮化炉密封；
（2）、升温渗透：继续升温2h，最终使温度达到750℃—780℃，期间连续通入流量4000L/min的NH3气和流量600L/min的氧气，同时滴入稀土Re添加剂，滴入速度25ml/min；
（3）、强渗透：升温渗透后，在温度最高段750℃—780℃时进入强渗透1h，期间通入的NH3气流量、氧气流量分别是步骤2中NH3气流量及氧气流量的3倍以上；
（4）、强渗透后在750℃—780℃时保温1h；
（5）、将工件从炉内取出，封闭油浸处理。
所述的稀土Re添加剂由以下重量百分比的原料组成：氧化镧3%，氧化铈2%，氧化铼3%，上述原料在晶体甘锅（350℃）炒制15分，加92%酒精溶解。
本发明的复合防蚀处理工艺，是针对螺旋道钉、轨距挡板等弹条Ⅰ型扣件锈蚀而设计的防蚀处理工艺，经复合防蚀处理后的螺旋道钉表面可获得双层耐蚀化合物层，使之具有优良的耐蚀性和稳定性，渗层脆性小，与基体结合牢固，表面多孔易于形成油膜，并可进一步钝化处理成不同PH值表面形成系列产品，免维护及长寿命的优点。
本发明涉及的化学反应原理如下：
一、稀土氧氮化工艺原理
炉温在450-℃~780℃，通入NH3、O2气体，滴入稀土（Re）添加剂，炉内形成NH3、N2、Re、O2、H2O气氛，钢表面上将发生以下过程：
1、介质中的化学反应：气、液渗剂发生化学反应，生成[N]、[Re]、[O]渗入元素的活性原子[Fe]；
2、表面吸附和界面反应：[Fe]在表面进行吸附和产生各种界面反应；
3、扩散相变：成分达到一定浓度会发生，N+Fe→Fe4N或Fe3N，Re+Fe→ReyFex，钢表面形成化合物层。
化合物具有较高的腐蚀电极电位，故工件的耐蚀性提高。如何在更短的时间内获得一定厚度和致密的化合物是工艺关键。NH3是主要渗入元素N的供剂。Re作为催渗元素可有效地提高NH3在钢表面的分解；易于吸附并形成较多空位，促进N原子吸附；有效降低N在钢中扩散激活能，提高N原子的扩散速度，尤其是在化合物层中扩散速度提高约2.5倍。
4、O2产生O2+H2→H2O反应，有效降低炉气中PH2，提高炉气氮势，增加化合物层的致密度。
二、氧化工艺原理
将稀土氧氮化的工件放入氧化性介质中，在表面形成一层多孔Fe3O4及Fe2O3层，经过浸油处理，进一步提高耐蚀性和用钝化方法形成表面不同PH值，使螺旋道钉等零件适用不同的使用环境。
具体实施方式：
本发明具体提供一种铁路螺旋道钉复合防蚀处理工艺，螺旋道钉的材料为Q235A
（1）、预热：氮化炉加热到475℃，将螺旋道钉送入氮化炉中，氮化炉密封；
（2）、升温渗透：氮化炉继续升温，期间连续通入流量4000L/min的NH3气和流量600L/min的氧气，同时滴入稀土Re添加剂，滴入速度25ml/min；最终使温度达到780℃，耗时2h；稀土Re添加剂由以下重量百分比的原料组成：氧化镧La2O33%，氧化铈CeO22%，氧化铼ReO23%，上述原料在晶体甘锅350℃炒制15分，加92%酒精溶解。
（3）、强渗透：升温渗透后，在温度最高段780℃时进入强渗透1h，期间通入的NH3气流量12500L/min、氧气流量1900L/min；
（4）、强渗透后在760℃—780℃时保温1h；
（5）、将螺旋道钉从炉内取出，冷却至460℃时进行封闭油浸（可采用机油）处理。
在上述渗氮过程中，复合防蚀工艺专用稀土Re添加剂（催化剂）以25ml/min的速度滴入氮化炉，氮化炉中气、液渗剂发生化学反应，生成[N]、[Re]、[O]、[Ln]、[Ce]渗入元素的活性原子[Fe]，在钢铁[Fe]的表面吸附和界面反应，Re+Fe→ReyFex，Ln+Fe→LnyFex，Ce+Fe→CeyFex。利用催化剂中的[Re]、[Ln]、[Ce]的键能，提高[N]、[Fe]、[O]的反应活性，加快氮与铁的反应N+Fe→Fe4N或Fe3N，这一层是致密的化学层，位于次外层，有很强的防蚀效果。Fe+O→Fe2O3或Fe3O4，这一层是疏松的化学层，处于最外层，该层通过浸油处理渗入油性防锈剂，可有效隔离空气与Fe的接触，起到防蚀作用。
本发明处理的螺旋道钉渗层组织结构和性能测试
1、金相分析：取强渗透保温时的随炉样品，分析见化合物层原为44um；致密度为A级；对化合物层进行维氏硬度试验，硬度为580~620HV0.5，脆性为0级。
2、结构分析：经XRD分析，表层为Fe3O4，少量Fe2O3；白亮层为Fe3N和Fe4N。
3、表面形貌分析：防蚀处理表面呈均匀光洁黑色，SEM观察表面为细晶Fe3O4和均匀分布1um小孔。
4、耐蚀性能：试样在YWX/250E盐雾试验箱中进行NSS盐雾试样，按GB/T/6461-1986《金属覆盖层腐蚀试验后的评级》，其结果如下
Claims (1)
1.一种铁路工务配件复合防蚀处理工艺，其特征在于包括以下步骤：
（1）、预热：氮化炉加热到450℃—475℃，将工件送入氮化炉中，氮化炉密封；
（2）、升温渗透：继续升温2h，最终使温度达到750℃—780℃，期间连续通入流量4000L/min的NH3气和流量600L/min的氧气，同时滴入稀土Re添加剂，滴入速度 25mL/min；所述的稀土Re添加剂由以下重量百分比的原料组成：氧化镧3%，氧化铈2%，氧化铼3%，上述原料在晶体坩埚350℃炒制15分，加92%酒精溶解；
（3）、强渗透：升温渗透后，在温度最高段750℃—780℃时进入强渗透1h，期间通入的NH3气流量、氧气流量分别是步骤2中NH3气流量及氧气流量的3倍以上；
（4）、强渗透后在750℃—780℃时保温1h；
（5）、将工件从炉内取出，封闭油浸处理。
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