CN104233424A - 金属表面碳氮共渗处理的方法 - Google Patents
金属表面碳氮共渗处理的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104233424A CN104233424A CN201410520391.XA CN201410520391A CN104233424A CN 104233424 A CN104233424 A CN 104233424A CN 201410520391 A CN201410520391 A CN 201410520391A CN 104233424 A CN104233424 A CN 104233424A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- kno
- kcl
- licl
- mixed salt
- salt
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 238000005256 carbonitriding Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 33
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 claims description 20
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 claims description 20
- CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N [C].[N] Chemical compound [C].[N] CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 15
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 15
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 claims description 8
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 8
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 6
- 229910017060 Fe Cr Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910002544 Fe-Cr Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 claims description 4
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 4
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 12
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 239000010963 304 stainless steel Substances 0.000 description 1
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M Nitrite anion Chemical compound [O-]N=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910000589 SAE 304 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- -1 nitrite anions Chemical class 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical class N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
本发明公开了一种金属表面碳氮共渗处理的方法，包括在金属表面焊接电极引线，然后配制LiCl-KCl-KNO2混盐，在惰性气体保护下进行干燥，再将干燥后的LiCl-KCl-KNO2混盐在惰性气体保护下，先加热升温至450℃～650℃并一直保持该温度，使混盐熔融，形成LiCl-KCl-KNO2熔盐，然后将带有电极引线的金属作为阴极，碳棒作为阳极，置于LiCl-KCl-KNO2熔盐中，对金属表面进行电化学碳氮化处理，在金属表面形成碳氮渗层。本发明的方法具有处理时间短、温度低、渗层成分及厚度可控的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属表面碳氮(即氮碳)共渗的方法，具体涉及一种在熔盐体系中采用电化学方法对金属表面进行碳氮共渗处理的方法。
背景技术
碳氮共渗是一种应用较多的金属表面化学热处理方法，其工艺过程为向金属的表层同时渗入碳和氮，以提高金属表面的强度或硬度。目前，主要有液体碳氮共渗和气体碳氮共渗两种方法。液体碳氮共渗方法因用到的介质是剧毒氰盐，污染环境，逐渐被气体碳氮共渗所代替。然而，气体碳氮共渗在处理过程中由于气压调节不当、温度不均或炉内气流不合理等经常造成硬度和渗层不均匀的现象。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种处理时间短、温度低、渗层成分及厚度可控的金属表面碳氮共渗处理的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种金属表面碳氮共渗处理的方法，包括以下步骤：
(1)将Fe-Cr丝焊接到金属表面作为电极引线，用丙酮、乙醇进行清洗后，干燥待用；
(2)配制LiCl-KCl-KNO2混盐，在惰性气体保护下，将LiCl-KCl-KNO2混盐于150℃～300℃下进行干燥；
(3)将干燥后的LiCl-KCl-KNO2混盐置于高温井式炉中，在惰性气体保护下，先加热升温至450℃～650℃并一直保持该温度，使混盐熔融，形成LiCl-KCl-KNO2熔盐，然后将步骤(1)准备的带有电极引线的金属作为阴极，碳棒作为阳极，置于LiCl-KCl-KNO2熔盐中，对金属表面进行电化学碳氮化处理，在金属表面形成碳氮渗层。
上述的方法中，优选的，所述步骤(3)中，所述电化学碳氮化处理采用恒电位方法；所述恒电位方法的工艺条件为：电位为-0.8V～-2.0V，参比电极为Ag/AgCl。
上述的方法中，优选的，所述步骤(3)中，所述电化学碳氮化处理的时间为1h～3h。
上述的方法中，优选的，所述碳氮渗层的厚度为5μm～20μm。
上述的方法中，优选的，所述LiCl-KCl-KNO2混盐中，按摩尔分数计，LiCl为29％～59.5％，KCl为40％～70％，KNO2为0.5～1％。
上述的方法中，优选的，所述步骤(2)中，所述干燥的时间为24h～72h。
上述的方法中，优选的，所述金属为不锈钢。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明首次采用电化学方法对金属表面进行碳氮共渗处理。在处理过程中，采用碳棒作为阳极，不锈钢基体作为阴极，在含有亚硝酸根的熔盐体系中，在一定电位下完成金属表面的碳氮共渗。在这一过程中，电化学工艺特点决定了渗层是均匀的。
2、本发明的方法是在一定电位下，阳极碳棒被氧化溶解生成含碳元素的阴离子，在阴极电位下与NO2 -一起在金属基体表面还原生成碳与氮原子，并在电位驱动下，扩散进入到基体表层。在这一过程中，电位大小将影响渗层中碳与氮元素的比例，随着电位的降低，碳元素含量逐渐减少，氮元素含量逐渐增加，进而影响金属的性能。因此，本发明的方法对于整个金属表面的碳氮化处理过程是可控的，相比于其它领域采用电化学法还原生成的碳一般只在基体表面沉积，难以进入到基体，本发明的电化学方法中由于亚硝酸盐的加入，促进了C的扩散，形成C-N共渗层。
附图说明
图1为本发明实施例1中不锈钢表面碳氮渗层的截面SEM形貌图。
图2为本发明实施例1中不锈钢表面碳氮渗层的元素分析图。
图3为本发明实施例2中不锈钢表面碳氮渗层的截面SEM形貌图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1：
一种本发明的金属表面碳氮共渗处理的方法，包括以下步骤：
(1)采用氩弧焊将直径1mm的Fe-Cr丝焊接到打磨后的304不锈钢表面作为电极引线，先后用丙酮、乙醇进行清洗后，干燥待用。
(2)配制LiCl-KCl-KNO2混盐，按摩尔分数计，LiCl为49.3mol％，KCl为50.2mol％，KNO2为0.5mol％。将LiCl-KCl-KNO2混盐置于马弗炉中，在氩气保护下于200℃下干燥48h。
(3)将干燥后的LiCl-KCl-KNO2混盐置于高温井式炉中，在氩气保护下，先加热升温至550℃并一直保持该温度，使混盐呈熔融态，形成LiCl-KCl-KNO2熔盐，然后将步骤(1)制备的带电极引线的304不锈钢作为阴极，碳棒作为阳极，置于LiCl-KCl-KNO2熔盐中，在恒电位下对不锈钢表面进行电化学碳氮化处理，参比电极为Ag/AgCl，设定电位为-1.8V，处理时间为2h，在不锈钢表面得到8μm厚的碳氮渗层。
如图1所示，是本实施例制备的不锈钢表面碳氮渗层的截面SEM形貌图，由图可知，碳氮渗层均匀，厚度为8μm。如图2所示，是该不锈钢表面碳氮渗层的元素分析图，由图可知，在不锈钢表层有碳元素和氮元素存在，由此说明，利用本发明的电化学处理方法可使碳、氮元素扩散进入到基体表层。在碳氮渗层的表面，碳元素的质量分数为3.13wt％，氮元素的质量分数为1.77wt％。
实施例2：
一种本发明的金属表面碳氮共渗处理的方法，包括以下步骤：
(1)采用氩弧焊将直径1mm的Fe-Cr丝焊接到打磨后的316L不锈钢表面作为电极引线，先后用丙酮、乙醇进行清洗后，干燥待用。
(2)配制LiCl-KCl-KNO2混盐，按摩尔分数计，LiCl为48.8mol％，KCl为50.2mol％，KNO2为1mol％。将LiCl-KCl-KNO2混盐置于马弗炉中，在氩气保护下于200℃下干燥48h。
(3)将干燥后的LiCl-KCl-KNO2混盐置于高温井式炉中，在氩气保护下，先加热升温至550℃并一直保持该温度，使混盐呈熔融态，形成LiCl-KCl-KNO2熔盐，然后将步骤(1)准备的带电极引线的316L不锈钢作为阴极，碳棒作为阳极，置于LiCl-KCl-KNO2熔盐中，在恒电位下对表面进行电化学氮碳化处理，参比电极为Ag/AgCl，设定电位为-1.0V，处理时间为3h，在不锈钢表面得到12μm厚的碳氮渗层。
如图3所示，是本实施例制备的不锈钢表面碳氮渗层的截面SEM形貌图，由图3可知，碳氮渗层均匀，厚度约为12μm。经检测，在该碳氮渗层的表面，碳元素的质量分数为1.42wt％，氮元素的质量分数为2.93wt％。与实施例1中碳氮渗层表面的碳、氮元素检测结果相比，随着电位的降低，碳元素含量减少，氮元素含量增加。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种金属表面碳氮共渗处理的方法，包括以下步骤：
(1)将Fe-Cr丝焊接到金属表面作为电极引线，用丙酮、乙醇进行清洗后，干燥待用；
(2)配制LiCl-KCl-KNO2混盐，在惰性气体保护下，将LiCl-KCl-KNO2混盐于150℃～300℃下进行干燥；
(3)将干燥后的LiCl-KCl-KNO2混盐置于高温井式炉中，在惰性气体保护下，先加热升温至450℃～650℃并一直保持该温度，使混盐熔融，形成LiCl-KCl-KNO2熔盐，然后将步骤(1)准备的带有电极引线的金属作为阴极，碳棒作为阳极，置于LiCl-KCl-KNO2熔盐中，对金属表面进行电化学碳氮化处理，在金属表面形成碳氮渗层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述电化学碳氮化处理采用恒电位方法；所述恒电位方法的工艺条件为：电位为-0.8V～-2.0V，参比电极为Ag/AgCl。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述电化学碳氮化处理的时间为1h～3h。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，所述碳氮渗层的厚度为5μm～20μm。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，所述LiCl-KCl-KNO2混盐中，按摩尔分数计，LiCl为29％～59.5％，KCl为40％～70％，KNO2为0.5～1％。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述干燥的时间为24h～72h。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属为不锈钢。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410520391.XA CN104233424B (zh) | 2014-09-30 | 2014-09-30 | 金属表面碳氮共渗处理的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410520391.XA CN104233424B (zh) | 2014-09-30 | 2014-09-30 | 金属表面碳氮共渗处理的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104233424A true CN104233424A (zh) | 2014-12-24 |
| CN104233424B CN104233424B (zh) | 2017-01-25 |
Family
ID=52222294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410520391.XA Active CN104233424B (zh) | 2014-09-30 | 2014-09-30 | 金属表面碳氮共渗处理的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104233424B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106222369A (zh) * | 2016-08-24 | 2016-12-14 | 杭州持正科技股份有限公司 | 发动机正时链条销轴及低温渗碳工艺 |
| CN109536880A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-03-29 | 东北大学 | 一种熔盐电化学法对不锈钢表面渗氮或碳氮共渗的方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62256957A (ja) * | 1986-05-01 | 1987-11-09 | Kazuto Takamura | 低温塩浴軟窒化剤 |
| CN1054890C (zh) * | 1993-08-06 | 2000-07-26 | 圣艾蒂安液压机械和摩擦研究中心 | 氮化黑色金属部件提高其耐腐蚀性的方法 |
| JP2004232005A (ja) * | 2003-01-29 | 2004-08-19 | Japan Science & Technology Agency | 鋼材の電気化学的表面窒化処理法 |
| JP2009052104A (ja) * | 2007-08-28 | 2009-03-12 | Doshisha | 溶融塩電気化学プロセスを用いた表面窒化処理方法 |
| CN101691648A (zh) * | 2009-10-09 | 2010-04-07 | 河海大学常州校区 | 一种用于钢铁快速微弧碳氮共渗的溶液及碳氮共渗方法 |
| CN103014793A (zh) * | 2012-12-11 | 2013-04-03 | 广东电网公司电力科学研究院 | 脉冲电沉积制备碳化钛涂层的方法 |
| CN103361596A (zh) * | 2013-08-08 | 2013-10-23 | 成都伍田机械技术有限责任公司 | 表面改性处理的氧化盐 |
| CN103972528A (zh) * | 2014-05-30 | 2014-08-06 | 长沙理工大学 | 质子交换膜燃料电池金属双极板防护涂层的制备方法 |
-
2014
- 2014-09-30 CN CN201410520391.XA patent/CN104233424B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62256957A (ja) * | 1986-05-01 | 1987-11-09 | Kazuto Takamura | 低温塩浴軟窒化剤 |
| CN1054890C (zh) * | 1993-08-06 | 2000-07-26 | 圣艾蒂安液压机械和摩擦研究中心 | 氮化黑色金属部件提高其耐腐蚀性的方法 |
| JP2004232005A (ja) * | 2003-01-29 | 2004-08-19 | Japan Science & Technology Agency | 鋼材の電気化学的表面窒化処理法 |
| JP2009052104A (ja) * | 2007-08-28 | 2009-03-12 | Doshisha | 溶融塩電気化学プロセスを用いた表面窒化処理方法 |
| CN101691648A (zh) * | 2009-10-09 | 2010-04-07 | 河海大学常州校区 | 一种用于钢铁快速微弧碳氮共渗的溶液及碳氮共渗方法 |
| CN103014793A (zh) * | 2012-12-11 | 2013-04-03 | 广东电网公司电力科学研究院 | 脉冲电沉积制备碳化钛涂层的方法 |
| CN103361596A (zh) * | 2013-08-08 | 2013-10-23 | 成都伍田机械技术有限责任公司 | 表面改性处理的氧化盐 |
| CN103972528A (zh) * | 2014-05-30 | 2014-08-06 | 长沙理工大学 | 质子交换膜燃料电池金属双极板防护涂层的制备方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106222369A (zh) * | 2016-08-24 | 2016-12-14 | 杭州持正科技股份有限公司 | 发动机正时链条销轴及低温渗碳工艺 |
| CN109536880A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-03-29 | 东北大学 | 一种熔盐电化学法对不锈钢表面渗氮或碳氮共渗的方法 |
| CN109536880B (zh) * | 2019-01-29 | 2020-04-07 | 东北大学 | 一种熔盐电化学法对不锈钢表面渗氮或碳氮共渗的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104233424B (zh) | 2017-01-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ali et al. | Direct electrochemical regeneration of the cofactor NADH on bare Ti, Ni, Co and Cd electrodes: The influence of electrode potential and electrode material | |
| CN108149183B (zh) | 一种表层硬度梯度分布的硬质合金及其制备方法 | |
| Ullah et al. | Direct electrocatalytic reduction of coenzyme NAD+ to enzymatically-active 1, 4-NADH employing an iridium/ruthenium-oxide electrode | |
| CN104233424A (zh) | 金属表面碳氮共渗处理的方法 | |
| CN104778997A (zh) | 一种高温高导电工线材及其制备方法 | |
| CN102864459A (zh) | 409l不锈钢退火酸洗的方法 | |
| Tymoczko et al. | A versatile electrochemical cell for the preparation and characterisation of model electrocatalytic systems | |
| KR102250649B1 (ko) | 전기화학반응용 전극의 개질방법 | |
| CN103806044B (zh) | 氯铱酸铯-氯化物熔盐体系中电解制备铱涂层的方法 | |
| Lu et al. | Anodic oxidation of sulphite ions on graphite anodes in alkaline solution | |
| Zhou et al. | A novel rapid DC salt bath nitrocarburizing technology | |
| Rahayu et al. | The effects of laser pulse irradiation at glassy carbon electrode on the electrochemistry of dopamine and ascorbic acid | |
| JP2016520163A5 (zh) | ||
| GB1003012A (en) | Electrochemical treating method and apparatus | |
| JP2018503586A5 (zh) | ||
| Pogrebnjak et al. | Mass transfer and doping during electrolyte-plasma treatment of cast iron | |
| CN103882369A (zh) | 一种用于辉光无氢渗碳的石墨源极 | |
| CN103938149A (zh) | 高碳铬轴承钢碳氮共渗热处理后金相检测制样方法及产品 | |
| CN107083559A (zh) | 从化学镀镍废水中电解出高品质镍的方法 | |
| Kornienko et al. | Use of the electrospark alloying method to increase the corrosion resistance of a titanium surface | |
| CN206173385U (zh) | 一种材料热处理系统 | |
| CN103792272B (zh) | 一种金属纳米电极及其制备方法 | |
| Suz et al. | Determination of selenium (IV) by cathodic stripping voltammetry using a copper microelectrode | |
| Özer et al. | Coupled Inductive Annealing‐Electrochemical Setup for Controlled Preparation and Characterization of Alloy Crystal Surface Electrodes | |
| RU2312159C2 (ru) | Способ получения высокопористого хромаля |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |