CN104152843A - 用于提高光轴耐蚀性和耐磨性的离子渗剂 - Google Patents

用于提高光轴耐蚀性和耐磨性的离子渗剂 Download PDF

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Abstract

本发明属于黑色金属防腐耐磨处理工艺领域，具体而言，涉及一种用于提高光轴耐蚀性和耐磨性的离子渗剂。该用于提高光轴耐蚀性和耐磨性的离子渗剂，包括在光轴表层形成复合化合物层与金属氧化层，依次采用的氮碳镧离子渗剂、离子活化渗剂、氧离子渗剂。本发明通过将非金属元素和微量金属元素渗入光轴的表面中，在光轴的表面形成复合化合物层以及金属氧化层，不仅极大地提高了金属的耐蚀性和耐磨性，并且对环境无污染。

Description

用于提高光轴耐蚀性和耐磨性的离子渗剂
技术领域
本发明属于黑色金属防腐耐磨处理工艺领域，具体而言，涉及一种用于提高光轴耐蚀性和耐磨性的离子渗剂。
背景技术
在工业生产中，对于黑色金属材料的防腐耐磨处理是关键工艺之一，尤其一些关键零部件，对材料的防腐耐磨要求较高，比如光轴，光轴包括普通光轴，镀铬光轴，镀铬软轴，不锈钢轴，镀铬空心轴。因为对光轴的精度要求较高，光轴在使用过程中，会与金属或非金属接触,由于摩擦而引起其表面磨损；或者会由于与四周介质接触时发生化学作用或电化学作用而引起其表面锈蚀。光轴遭到腐蚀和磨损后,影响设备的传动性能和精度，严重制约设备的稳定性。因此，人们不断地研究光轴的失效机理并采取相应的防范措施。
目前，提高光轴性能的方法主要有：一种是采用不锈钢制造光轴，但价格较高，并且耐磨性不够；另一种是在光轴表面镀铬，但镀铬一方面产生重金属铬和镀铬零部件在使用过程中会二次产生重金属铬，铬被人体吸收后具有致癌和诱发基因突变的危险；另一方面镀铬工艺本身在性能上也存在一些局限性。所以，目前在对于提高光轴的性能方面，还存在很大的研究空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于提高光轴耐蚀性和耐磨性的离子渗剂，通过将该渗剂中的离子渗入光轴的表面而提高光轴的耐蚀性和耐磨性。
本发明是这样实现的,用于提高光轴耐蚀性和耐磨性的离子渗剂，包括氮碳镧离子渗剂、离子活化渗剂、氧离子渗剂。
本发明提供的离子渗剂，在光轴表面经氮碳镧离子渗剂处理，氮碳镧离子渗剂中的离子在光轴表面形成预期厚度的渗层，该渗层由金属元素的氮碳化合物以及氮在铁中的固溶体组成，具有高耐磨和高耐蚀的特性。
之后，经活化离子渗剂进一步渗入并向光轴基体方向扩散，再次完成扩散以及吸附过程，调整金属元素的氮碳化合物的比例和增加复合渗层厚度，从而提高光轴的抗疲劳性能。
最后，通过氧离子渗剂渗入处理，残留于光轴表面的离子活化渗剂与氧离子渗剂反应，形成的渗层为一部分氧以间隙形式溶入化合物晶格中形成中间体，另一部分氧在表面形成金属氧化层，从而进一步提高金属的耐蚀性能。
本发明通过将非金属元素和微量金属元素渗入光轴的表面中，在光轴的表面形成复合化合物层以及金属氧化层，不仅极大地提高了金属的耐蚀性和耐磨性，并且对环境无污染。
优选地，按重量百分比计，所述氮碳镧离子渗剂由以下组分混合制成：Na2CO310％-15％，K2CO310％-20％，NaCNO55％-65％，CeCO3l％-3％，Li2CO35％-10％，La2CO30.03-1％。
优选地，按重量百分比计，所述氮碳镧离子渗剂由以下组分混合制成：Na2CO310％-13％，K2CO313％-18％，NaCNO55％-60％，CeCO3l％-3％，Li2CO35％-8％，La2CO30.03-0.08％。
优选地，以重量百分比计，所述离子活化渗剂由以下组分混合制成：Na2S045％-10％，Na2CO310％-20％，K2CO310％-20％，CO(NH2)230％-45％，K2SO31％-3％，CeCO3l％-3％，LiOH5％-10％，KCl5％-15％。
优选地，按重量百分比计，所述离子活化渗剂由以下组分混合制成：Na2S045％-8％，Na2CO310％-15％，K2CO310％-15％，CO(NH2)235％-40％，K2SO32％-3％，CeCO32％-3％，LiOH8％-10％，KCl5％-10％。
优选地，按重量百分比计，所述氧离子渗剂由以下组分混合制成：Na2CO320％-30％，NaNO220％-30％，NaNO330％-40％，CeSO410％-20％。
优选地，按重量百分比计，所述氧离子渗剂由以下组分混合制成：
Na2CO325％-28％，NaNO225％-28％，NaNO332％-38％，CeSO415％-18％。
附图说明
图1为利用本发明提供的用于提高光轴耐蚀性和耐磨性的离子渗剂制成的黑金光轴的剖面图；
图2为利用本发明提供的用于提高光轴耐蚀性和耐磨性的离子渗剂制成的黑金光轴的截面图；
图3为利用本发明实施例1提供的用于提高光轴耐蚀性和耐磨性的离子渗剂制成的黑金光轴试样与镀铬试样进行中性盐雾试验对比图；
图4为镀铬试样和本发明实施例1的提供的试样表现出的耐磨性能测试对比曲线图；
图5为利用本发明实施例3提供的黑金光轴，将两端用密封剂密封，光轴放置于垂直方向呈15～30°的效果图；
图6为利用本发明实施例3提供的黑金光轴，500小时连续试验，光轴连续504小时试验后情况的效果图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
下面详细介绍本发明提供的用于提高光轴耐蚀性和耐磨性的离子渗剂。
用于提高光轴耐蚀性和耐磨性的离子渗剂，包括氮碳镧离子渗剂、离子活化渗剂、氧离子渗剂。
优选地，按重量百分比计，所述氮碳镧离子渗剂由以下组分混合制成：Na2CO310％-15％，K2CO310％-20％，NaCNO55％-65％，CeCO3l％-3％，Li2CO35％-10％，La2CO30.03-1％。
优选地，按重量百分比计，所述氮碳镧离子渗剂由以下组分混合制成：Na2CO310％-13％，K2CO313％-18％，NaCNO55％-60％，CeCO3l％-3％，Li2CO35％-8％，La2CO30.03-0.08％。
优选地，以重量百分比计，所述离子活化渗剂由以下组分混合制成：Na2S045％-10％，Na2CO310％-20％，K2CO310％-20％，CO(NH2)230％-45％，K2SO31％-3％，CeCO3l％-3％，LiOH5％-10％，KCl5％-15％。
优选地，按重量百分比计，所述离子活化渗剂由以下组分混合制成：Na2S045％-8％，Na2CO310％-15％，K2CO310％-15％，CO(NH2)235％-40％，K2SO32％-3％，CeCO32％-3％，LiOH8％-10％，KCl5％-10％。
优选地，按重量百分比计，所述氧离子渗剂由以下组分混合制成：Na2CO320％-30％，NaNO220％-30％，NaNO330％-40％，CeSO410％-20％。
优选地，按重量百分比计，所述氧离子渗剂由以下组分混合制成：
Na2CO325％-28％，NaNO225％-28％，NaNO332％-38％，CeSO415％-18％。
本发明提供的离子渗剂，在光轴表面经氮碳镧离子渗剂处理，氮碳镧离子渗剂中的离子在金属表面形成预期厚度的渗层，该渗层由金属元素的氮碳化合物以及氮在铁中的固溶体组成，具有高耐磨和高耐蚀的特性。
之后，经活化离子渗剂进一步渗入并向光轴方向扩散，再次完成扩散以及吸附过程，调整金属元素的氮碳化合物的比例和增加复合渗层厚度，从而提高光轴的抗疲劳性能。
最后，通过氧离子渗剂渗入处理，残留于金属表面的离子活化渗剂与氧离子渗剂反应，形成的渗层为一部分氧以间隙形式溶入化合物晶格中形成中间体，另一部分氧在表面形成金属氧化层，从而进一步提高金属的耐蚀性能。
本发明通过将非金属元素和微量金属元素渗入光轴的表面中，在光轴的表面形成复合化合物层以及金属氧化层，不仅极大地提高了光轴的耐磨性和耐蚀性，并且对环境没有污染。
下面通过几个具体实施例来说明通过使用本发明提供的离子渗剂对金属表面进行渗入处理之后达到的效果。
实施例1：
对材料为45钢的光轴进行前清洗，清除光轴表面油污和表面锈迹；将光轴在390℃下预热20min，后经氮碳镧离子渗剂在570℃下渗入处理120min；其中氮碳镧离子渗剂按重量百分比计包括以下组分：Na2CO313％，K2CO313％,NaCNO65％，CeCO32％，Li2CO36％，La2CO31％；之后再经离子活化渗剂530℃下渗入处理60min；离子活化渗剂按重量百分比计包括以下组分：Na2S0410％，Na2CO316％，K2CO315％，CO(NH2)245％，K2SO32％，CeCO32％，LiOH5％，KCl5％；最后经氧离子渗剂在400℃下渗入处理30min，氧离子渗剂按重量百分比计包括以下组分：Na2CO320％，NaNO220％，NaNO340％，CeSO420％；
如图1和图2所示，在光轴的表面上由内至外依次形成复合化合物层1以及金属氧化层2；清除光轴表面渗剂，用水清洗干净，烘干；将光轴在170℃下经离子稳定化处理25min；离子稳定剂按重量百分比包括以下组分：烷烃80％、环烷烃15％、聚烯烃4％、元明粉1％；经离子稳定化的光轴进入盛装10#机油的油槽，浸油时间5min。
经过上述方法制备出的黑金光轴中，复合化合物层以及所述金属氧化层的厚度为19μm，硬度为540Hv。
实施例2：
对材料为GCr15的光轴进行前清洗,清除光轴表面油污和表面锈迹，将光轴在450℃下预热40min，将预热后的光轴经氮碳镧离子渗剂在590℃下渗入处理90min；其中氮碳镧离子渗剂按重量百分比计包括以下组分：Na2CO315％，K2CO315％,NaCNO 60％，CeCO33％，Li2CO36.97％，La2CO30.03％；
再经离子活化渗剂550℃下渗入处理90min；离子活化渗剂按重量百分比计包括以下组分：Na2SO45％，Na2CO320％，K2CO314％，CO(NH2)230％，K2SO33％，CeCO33％，LiOH10％，KCl 15％；
之后将光轴经氧离子渗剂430℃下渗入处理30min；氧离子渗剂按重量百分比计包括以下组分：Na2CO330％，NaNO230％，NaNO330％，CeSO410％；
如图1和图2所示，在光轴的表面上由内至外依次形成复合化合物层1以及金属氧化层2；清除光轴表面渗剂，用水清洗干净，自然干；将光轴180℃下经离子稳定化处理20min；离子稳定剂按重量百分比包括以下组分：烷烃93％、环烷烃5％、聚烯烃1.8％、元明粉0.2％；经离子稳定化的光轴进入盛装20#机油的油槽，浸油时间9min。
经过上述方法制备出的黑金光轴，复合化合物层以及所述金属氧化层的厚度为23μm，硬度为730Hv。
实施例3：
对材料为40MnV的光轴进行前清洗，清除光轴表面油污和表面锈迹，将光轴在400℃下预热30min；将上述加热后的光轴经氮碳镧离子渗剂610℃下渗入处理80min；其中氮碳镧离子渗剂按重量百分比计包括以下组分：Na2CO312％，K2CO320％,NaCNO 57％，CeCO33％，Li2CO37.95％，La2CO30.05％；
再将上述步骤处理过的光轴经离子活化渗剂在500℃下渗入处理100min；离子活化渗剂按重量百分比计包括以下组分：Na2SO48％，Na2CO310％，K2CO320％，CO(NH2)241％，K2SO32％，CeCO32％，LiOH 7％，KCl 10％；
再将光轴经氧离子渗剂400℃下渗入处理20min，氧离子渗剂按重量百分比计包括以下组分：Na2CO325％，NaNO225％，NaNO332％，CeSO418％；
如图1和图2所示，在光轴的表面上由内至外依次形成复合化合物层1以及金属氧化层2；清除光轴表面渗剂，用水清洗干净，自然干；将光轴160℃下经离子稳定化处理30min；离子稳定剂按重量百分比包括以下组分：烷烃93％、环烷烃5％、聚烯烃1％、元明粉1％；经离子稳定化的光轴进入盛装20#机油的油槽，浸油时间10min；
经过上述方法制备出的黑金光轴，复合化合物层以及所述金属氧化层的厚度为31μm，硬度为650Hv。
实施例4：
对材料为304的不锈钢光轴进行前清洗，清除光轴表面油污和表面锈迹；将光轴420℃下预热32min，预热后的光轴经氮碳镧离子渗剂580℃下渗入处理100min；其中氮碳镧离子渗剂按重量百分比计包括以下组分：Na2CO315％，K2CO316％,NaCNO 55％，CeCO33％，Li2CO310％，La2CO31％；
将上述步骤处理过的光轴经离子活化渗剂渗入处理，操作温度为520℃，时间为80min；离子活化渗剂按重量百分比计包括以下组分：Na2SO47％，Na2CO317％，K2CO317％，CO(NH2)236％，K2SO31％，CeCO32％，LiOH 8％，KCl 12％；
再将光轴经氧离子渗剂渗入处理，操作温度为420℃，时间为25min；氧离子渗剂按重量百分比计包括以下组分：Na2CO328％，NaNO225％，NaNO332％，CeSO415％；如图1和图2所示，在光轴的表面由内至外依次形成复合化合物层1以及金属氧化层2，
清除光轴表面渗剂，用水清洗干净，自然干；将光轴经离子稳定化处理，操作温度为150℃，时间为40min；离子稳定剂按重量百分比包括以下组分：烷烃89％、环烷烃5％、聚烯烃5％、元明粉1％；经离子稳定化的光轴进入盛装20#机油的油槽，浸油时间8min；
经过上述方法制备出的黑金光轴，复合化合物层以及所述金属氧化层的厚度为48μm，硬度为1030Hv。
实施例5：
将由45#钢制成的光轴进行前清洗，清除光轴表面油污和表面锈迹；将光轴370℃下预热35min；将上述加热后的光轴经氮碳镧离子渗剂渗入处理，操作温度为630℃，时间为90min；其中氮碳镧离子渗剂按重量百分比计包括以下组分：Na2CO315％，K2CO320％,NaCNO 55％，CeCO33％，Li2CO36％，La2CO31％；
将上述步骤处理过的光轴经离子活化渗剂渗入处理，操作温度为530℃，时间为45min；离子活化渗剂按重量百分比计包括以下组分：Na2SO46％，Na2CO315％，K2CO317％，CO(NH2)240％，K2SO31％，CeCO32％，LiOH 7％，KCl 12％；
再将光轴经氧离子渗剂渗入处理，操作温度为380℃，时间为30min；氧离子渗剂按重量百分比计包括以下组分：Na2CO325％，NaNO225％，NaNO335％，CeSO415％；
如图1和图2所示，在光轴的表面由内至外依次形成复合化合物层1以及金属氧化层2，清除光轴表面渗剂，用水清洗干净，自然干；将光轴经离子稳定化处理，操作温度为140℃，时间为50min；离子稳定剂按重量百分比包括以下组分：烷烃85％、环烷烃12％、聚烯烃2.5％、元明粉0.5％；经离子稳定化的光轴进入盛装10#机油的油槽，浸油时间10min；
经过上述方法制备出的黑金光轴，复合化合物层以及所述金属氧化层的厚度为43μm，硬度为560Hv。
由上述5个实施例可以看出，通过本发明提供的离子渗剂，与现有技术中的光轴相比，将非金属元素和微量金属元素渗入到光轴表面，在其表面形成高性能的耐磨防腐层，质量稳定，在光轴表面形成了一定厚度的防腐耐蚀层，并且也具有很好的硬度，对环境无污染。
实验例1：
将本发明实施例1提供的试样与镀铬试样进行滑动磨损试验和中性盐雾试验对比，其中镀铬试样由山西长治清华机械公司提供。
中性盐雾试验按GB/T10125相关条款进行实验。试验仪器为KD60盐雾试验机，试验参数为：试验室温度35℃，压力桶温度47℃，喷雾压力17psi，试验时间216h；从试验结果可以看到，镀铬试样在本试验后，锈蚀相当严重；而按本发明实施例1的方法制备出的试样在216小时以内均未出现锈迹。具体试验效果见图3。
实验例2：
滑动磨损试验按照GB/T12444.1-1990的规定进行。试验仪器为MM-200型试验机。试验参数为：对磨副材料GCr15圆环，外径40mm，硬度HRC57；采用失重法测定磨损量，从实验结果可以得到，在刚开始的两个小时内镀铬试样和本发明实施例1的方法制备出的试样表现出的耐磨性能大体相同，后四个小时则表现出，镀铬试样的失重斜率高于本发明实施例1的方法制备出的试样失重斜率，说明经本发明实施例1的方法制备出的试样的耐磨性高于镀铬工艺处理的试样。具体试验效果见图4。
实验例3：
分别取用本发明的实施例3的提供的黑金光轴进行中性盐雾试验。
中性盐雾试验按GB/T10125相关条款进行实验。试验仪器为KD60盐雾试验机，试验参数为：试验室温度35℃，压力桶温度47℃，喷雾压力17psi，试样为每组4根黑金光轴，光轴两端用密封剂密封，光轴放置于垂直方向呈15～30°，500小时连续试验，间隔12小时观察一次，出现第一个绣点时记录时间，取平均值为腐蚀时间；同时观察光轴连续504小时试验后的腐蚀情况；具体试验效果见下表1以及图5、图6。
表1
从表1和光轴连续504小时试验后的腐蚀情况可以看出，经过504小时试验后，四根黑金光轴均未出现生锈，说明本发明的黑金光轴具有高的抗蚀性。具体效果见图6。
实验例4：
分别取用本发明的实施例5的制备方法制备出的光轴3批次进行中性盐雾试验。
中性盐雾试验按GB/T10125相关条款进行实验。试验仪器为KD60盐雾试验机，试验参数为：试验室温度35℃，压力桶温度47℃，喷雾压力17psi，试样为每组7根黑金光轴，光轴两端用密封剂密封，试样放置于垂直方向呈15～30°，连续试验，出现第一个绣点时记录时间，取平均值为腐蚀时间；具体试验结果见表2。
表2：3组黑金光轴中性盐雾试验
序号 试验结果
1 >1000小时
2 >1000小时
3 >1000小时
从表2可以看出，3批次按本发明实施例5的方法制备出的光轴在1000小时以内均未出现锈点。说明本发明的黑金光轴具有极高的抗蚀性。
本发明提供的离子渗剂适用所有制造光轴的材质：如35钢、40Cr、35CrMo、42CrMo、3Cr13、4Cr13、2Cr13、304不锈钢、YF35V、YF35MnV、YF45V、YF45MnV、YF40MnV、F40V、F40MnV、F40MnB、F35MnVN各种大小规格的光轴。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.用于提高光轴耐蚀性和耐磨性的离子渗剂，其特征在于，包括在光轴表层形成复合化合物层与金属氧化层，依次采用的氮碳镧离子渗剂、离子活化渗剂、氧离子渗剂。
2.根据权利要求1所述的用于提高光轴耐蚀性和耐磨性的离子渗剂，其特征在于，
按重量百分比计，所述氮碳镧离子渗剂由以下组分混合制成：Na2CO310％-15％，K2CO310％-20％，NaCNO55％-65％，CeCO3l％-3％，Li2CO35％-10％，La2CO30.03-1％。
3.根据权利要求2所述的用于提高光轴耐蚀性和耐磨性的离子渗剂，其特征在于，
按重量百分比计，所述氮碳镧离子渗剂由以下组分混合制成：Na2CO310％-13％，K2CO313％-18％，NaCNO55％-60％，CeCO3l％-3％，Li2CO35％-8％，La2CO30.03-0.08％。
4.根据权利要求1所述的用于提高光轴耐蚀性和耐磨性的离子渗剂，其特征在于，
以重量百分比计，所述离子活化渗剂由以下组分混合制成：Na2S045％-10％，Na2CO310％-20％，K2CO310％-20％，CO(NH2)230％-45％，K2SO31％-3％，CeCO3l％-3％，LiOH5％-10％，KCl5％-15％。
5.根据权利要求4所述的用于提高光轴耐蚀性和耐磨性的离子渗剂，其特征在于，
按重量百分比计，所述离子活化渗剂由以下组分混合制成：Na2S045％-8％，Na2CO310％-15％，K2CO310％-15％，CO(NH2)235％-40％，K2SO32％-3％，CeCO32％-3％，LiOH8％-10％，KCl5％-10％。
6.根据权利要求1所述的用于提高光轴耐蚀性和耐磨性的离子渗剂，其特征在于，
按重量百分比计，所述氧离子渗剂由以下组分混合制成：Na2CO320％-30％，NaNO220％-30％，NaNO330％-40％，CeSO410％-20％。
7.根据权利要求6所述的用于提高光轴耐蚀性和耐磨性的离子渗剂，其特征在于，
按重量百分比计，所述氧离子渗剂由以下组分混合制成：
Na2CO325％-28％，NaNO225％-28％，NaNO332％-38％，CeSO415％-18％。
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