CN104775089A - 一种施加磁场快速盐浴氮化的方法 - Google Patents

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周正寿
戴明阳
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Abstract

本发明涉及一种施加磁场快速盐浴氮化的方法，包括以下步骤：清洗、预氧化、氮化基盐熔化、施加磁场氮化和后清洗。本发明的有益效果是：在磁场作用下，材料表面附近产生了磁畴转动和畴壁位移，增加了交换能和各向异能，加速氮原子的扩散；工件表面附近磁化而产生磁致伸缩，增加了应变能，加速氮原子的扩散；活性氮原子在磁场作用下向材料表面扩散，加速了表面吸附和扩散过程，起到催渗的作用，从而加快渗速，减少盐浴渗氮处理时间，达到节能环保的目的；在提高试样硬度和表面耐磨性的同时，保持住了试样优良的表面耐蚀性；施加磁场快速盐浴渗氮处理方法可采用低温加热获得常规盐浴渗氮同样的渗氮层厚度，从而节约能源，降低生产成本。

Description

一种施加磁场快速盐浴氮化的方法
技术领域
本发明属于金属表面改性技术领域，尤其涉及一种施加磁场快速盐浴氮化的方法。
背景技术
盐浴渗氮技术是一种金属表面化学热处理技术，该技术在钢材表面形成一层保护层，使之具有耐蚀性、抗擦伤、耐磨性等优良的综合性能，从而在某些特定的环境下可以采用普通碳素钢渗氮代替高合金工具钢、不锈钢或其它特殊合金，因此具有很重要的工程应用价值。
盐浴渗氮处理技术操作简单、成本低、工艺易于控制、渗层质量好。但不足的是，在实际应用中，为了增加机械零件表面的渗层厚度，就必须提高盐浴渗氮温度和保温时间，造成了极大地能源消耗，降低了生产效率。为此，研究人员做了很多工作，来促进氮原子在钢中的扩散，降低处理温度和减少时间。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：基于上述问题，本发明提供一种施加磁场快速盐浴氮化的方法。
本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：一种施加磁场快速盐浴氮化的方法，包括以下步骤：
(1)清洗：对待处理零部件进行清洗，去除表面油污及其他杂质；
(2)预氧化：将清洗后的零部件放入电阻炉内进行预氧化，预氧化温度为350～450℃，时间15～30min；
(3)将氮化炉升温至450～480℃进行保温，待氮化炉中坩埚内的氮化基盐充分熔化后，升温至氮化温度；
(4)施加磁场氮化：将预氧化的零部件放入步骤(3)的氮化炉中进行盐浴氮化，氮化炉内施加0～2T的磁场，渗氮温度为500～570℃，渗氮时间为30～150分钟；
(5)后清洗：将氮化后的零部件用水清洗，水温为15～25℃，烘干。
进一步地，步骤(3)中的氮化基盐的成分为含有34％的氰酸根。
进一步地，步骤(4)中的氮化炉内施加0.5T的磁场，渗氮温度为565℃，渗氮时间为50分钟。
本发明的有益效果是：(1)本发明施加磁场快速盐浴渗氮处理方法克服了传统盐浴渗氮单纯依赖渗剂受热分解产生活性氮原子之不足，需再依靠扩散依附在材料表面的局限。在磁场作用下，材料表面附近产生了磁畴转动和畴壁位移，增加了交换能和各向异能，加速氮原子的扩散；工件表面附近磁化而产生磁致伸缩，增加了应变能，加速氮原子的扩散；活性氮原子在磁场作用下向材料表面扩散，加速了表面吸附和扩散过程，起到催渗的作用，从而加快渗速，减少盐浴渗氮处理时间，达到节能环保的目的。
(2)经本发明施加磁场快速盐浴渗氮处理方法处理后的零部件表面从外到内依次形成了致密的化合物层和扩散层。化合物层主要成分为Fe3N和CrN，具有较高的硬度和良好的耐磨性。经过耐腐蚀性测试表明，经磁场处理后的试样表面与未经任何处理和常规盐浴渗氮试样表面耐蚀性有所提高，说明本发明在提高试样硬度和表面耐磨性的同时，保持住了试样优良的表面耐蚀性。
(3)本发明施加磁场快速盐浴渗氮处理方法可采用低温加热获得常规盐浴渗氮同样的渗氮层厚度，从而节约能源，降低生产成本。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1为42CrMo齿轮经过565℃、50min常规盐浴渗氮处理后的表面形貌；
图2为42CrMo齿轮经过565℃、100min常规盐浴渗氮处理后的表面形貌；
图3为42CrMo齿轮经过565℃、50min、0.5T磁场盐浴渗氮处理后的表面形貌；
图4为42CrMo钢齿轮经不同盐浴渗氮处理后的X射线衍射图组，其中，图(a)是未经盐浴渗氮处理，图(b)是经常规盐浴渗氮处理，图(c)是经磁场盐浴渗氮处理；
图5为42CrMo齿轮经不同盐浴渗氮处理后在盐雾腐蚀试验中的失重率。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
实施例
1)将42CrMo齿轮表面依次用400#～2000#的SiC砂纸磨平，然后再用无水乙醇对齿轮进行10min超声波清洗，去除面油污及其他杂质，吹干待用；
2)将42CrMo齿轮放入电阻炉内进行预氧化，预氧化温度为430℃，时间为25min；
3)将氮化炉升温至470℃进行保温，待氮化炉中坩埚内含有34％的氰酸根的氮化基盐充分熔化后，升温至565℃；
4)取出预氧化的42CrMo齿轮放入氮化炉中，密封加热，施加0.5T的磁场，氮化温度为565℃，保温时间为50min；
5)将氮化后的42CrMo齿轮用水清洗，烘干。
1、对42CrMo齿轮表面进行金相测试
图1为42CrMo齿轮经过565℃、50min常规盐浴渗氮处理后的表面形貌；图2为42CrMo齿轮经过565℃、100min常规盐浴渗氮处理后的表面形貌；图3为42CrMo齿轮经过565℃、50min、0.5T磁场盐浴渗氮(即实施例)处理后的表面形貌。对比可知，经565℃、50min、0.5T的磁场处理后形成的化合物层厚度从常规盐浴渗氮的8.8μm提高到16μm，与在565℃的常规盐浴渗氮中保温100min所获得的化合物层厚度基本相同，而保温时间节约一半(50分钟)。
2、对42CrMo齿轮进行X射线衍射测试
图4是42CrMo齿轮处理前及有无磁场条件下经过565℃+50min盐浴渗氮处理后的X射线衍射图。从图中可以看出，有无磁场盐浴渗氮处理后的齿轮表面主要由ε-Fe3N、γ'-Fe4N和CrN组成，另外可以看出，经过磁场盐浴渗氮的42CrMo齿轮，ε相的强度更强，并且没有α-Fe相的存在，这与化合物层厚度较厚相对应。这也可以说明不论是常规盐浴渗氮还是磁场盐浴渗氮，最后得到的渗层组织是一样的。同时说明了在盐浴渗氮过程中，通过外加磁场可以促使活性氮向工件表面进行扩散提高化合物层厚度。
3、对42CrMo齿轮在盐雾腐蚀试验中的失重率测试
图5是42CrMo齿轮处理前及有无磁场条件下经过565℃、50min盐浴渗氮处理后在盐雾试验中的腐蚀失重率。为准确统计腐蚀失重率，对取出的齿轮再次称重，计算腐蚀失重率。从图中可以看出，经磁场氮化处理的齿轮在盐雾中腐蚀失重率最小，远低于未经处理和常规渗氮试样。这说明经过磁场氮化处理后可以有效提高齿轮的表面耐蚀性。

Claims (2)

1.一种施加磁场快速盐浴氮化的方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)清洗：对待处理零部件进行清洗，去除表面油污及其他杂质；
(2)预氧化：将清洗后的零部件放入电阻炉内进行预氧化，预氧化温度为350～450℃，时间15～30min；
(3)将氮化炉升温至450～480℃进行保温，待氮化炉中坩埚内的氮化基盐充分熔化后，升温至氮化温度；
(4)施加磁场氮化：将预氧化的零部件放入步骤(3)的氮化炉中进行盐浴氮化，氮化炉内施加0～2T的磁场，渗氮温度为500～570℃，渗氮时间为30～150分钟；
(5)后清洗：将氮化后的零部件用水清洗，水温为15～25℃，烘干。
2.根据权利要求1所述的一种施加磁场快速盐浴氮化的方法，其特征是：所述的步骤(4)中的氮化炉内施加0.5T的磁场，渗氮温度为565℃，渗氮时间为50分钟。
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