CN104831341A - 一种铸铁件表面脱碳装置及其脱碳工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种铸铁件表面脱碳装置及其脱碳工艺。其技术方案是：该装置包括换向开关、辅助电极、工件支架、熔盐、电解槽和加热炉，换向开关上触点上联有直流电源，下触点分别与辅助电极和工件支架相联，加热炉内设有电解槽，电解槽内设有熔盐，熔盐内设有辅助电极和与工件支架相联的铸铁件，加热炉加热后，电解槽内温度上升，合上换向开关，在铸铁件和辅助电极间加上直流电压后熔盐离子化，铸铁件表面的氧化铁还原为铁粉沉于电解槽底，碳与氧原子反应生成二氧化碳逸出熔盐表面，换向开关经过两次换向后，铸铁件表面经过阴极处理→阳极处理→阴极处理。其效果是：清除了铸铁件表面石墨碳元素，提高了铸铁件与轴承合金的结合力。
Description
技术领域
本发明涉及一种铸铁件表面脱碳装置及其脱碳工艺，属机械加工技术领域。
背景技术
轴承的背衬材料通常采用铜、钢或铸铁，铜强度低、价格贵、成本高，钢则装拆困难、吸震性差，铸铁虽无这些缺陷，但它含碳量高，其表面的石墨碳元素又无法清除，造成铸铁与轴承合金的结合性能差，目前是采取开燕尾槽的方法来加强基体与合金的结合力，其实这种结合方式的疲劳强度是很低的，消耗的锡基合金量也大，合金耐磨层厚度一般都大于10mm，故散热条件差，这就使得铸铁轴承背衬的使用受到限制。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种结构简单，使用方便，可彻底清除铸铁件表面石墨碳元素，提高了铸铁件与轴承合金的结合力的铸铁件表面脱碳装置及其脱碳工艺。
本发明的技术方案是：一种铸铁件表面脱碳装置及其脱碳工艺，该装置包括换向开关、辅助电极、工件支架、熔盐、电解槽和加热炉，换向开关上触点上联有直流电源，下触点分别与辅助电极和工件支架相联，加热炉内设有电解槽，电解槽内设有熔盐，熔盐内设有辅助电极和与工件支架相联的铸铁件，其中，所述辅助电极位于电解槽的中心位置，所述工件支架是导电体并位于辅助电极的四周，其中，所述熔盐的成分为NaOH和NaNO3，NaOH和NaNO3的比例为2.2：1。
本发明的另一目的是提供使用上述铸铁件表面脱碳装置的脱碳工艺，具体包括以下工艺为：
先按设计要求加工好铸铁件并将其与工件支架固接，然后给加热炉加热，电解槽内温度上升，其温度控制在330～400℃之间，此时合上换向开关，在铸铁件和辅助电极间加上直流电压后熔盐离子化，先把铸铁件作为阴极，还原析出的钠把铸铁件表面的氧化铁还原为铁粉，并与铸铁件分离而沉于电解槽底；20～30分钟后，换向开关换向，铸铁件变为阳极，阳极产生的氧原子与其表面的碳反应，生成二氧化碳逸出熔盐表面，在脱碳的同时，阳极产生的氧原子也与铸铁件表面的铁反应生成新的氧化铁；又10～15分钟后，换向开关再次换向，铸铁件又作为阴极而除去其表面的氧化铁，整个电解脱碳过程中，铸铁件表面经过了阴极处理→阳极处理→阴极处理。
本发明的有益效果是：可彻底清除铸铁件表面石墨碳元素，提高了铸铁件与轴承合金的结合力。
附图说明
图1为本发明电解脱碳装置示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细地描述：参照附图1可知，一种铸铁件表面脱碳装置及其脱碳工艺，一种铸铁件表面脱碳装置及其脱碳工艺，一种铸铁件表面脱碳装置，包括换向开关1、辅助电极2、工件支架3、熔盐5、电解槽6和加热炉7，换向开关1上触点上联有直流电源，下触点分别与辅助电极2和工件支架3相联，加热炉7内设有电解槽6，电解槽6内设有熔盐5，熔盐5内设有辅助电极2和与工件支架3相联的铸铁件4，其中，所述辅助电极2位于电解槽6的中心位置，所述工件支架3是导电体并位于辅助电极2的四周，所述熔盐（5）的主要成份是NaOH和NaNO3；使用这个装置进行铸铁件表面脱碳工艺，具体包括以下步骤：
步骤一：先按设计要求加工好铸铁件4并将其与工件支架3固接，然后启动加热炉7进行加热，使电解槽6内温度上升，加热至330～400℃之间，此时合上换向开关1，在铸铁件4和辅助电极2间加上直流电压后熔盐5离子化，先把铸铁件4作为阴极，还原析出的钠把铸铁件4表面的氧化铁还原为铁粉，并与铸铁件4分离而沉于电解槽6的底部；
步骤二：反应20～30分钟后，调节换向开关1换向，使铸铁件4变为阳极，阳极产生的氧原子与铸铁件4表面的碳反应，生成二氧化碳逸出熔盐5表面，在脱碳的同时，阳极产生的氧原子也与铸铁件4表面的铁反应生成新的氧化铁；
步骤三：反应10～15分钟后，调节换向开关1再次换向，铸铁件4又作为阴极而除去其表面的氧化铁，整个电解脱碳过程中，铸铁件4表面经过了阴极处理→阳极处理→阴极处理；
以上三步骤的电解过程可用以下化学反应方程式表达得更加详尽直观：
在铸铁件4和辅助电极2间加上直流电压后熔盐5离子化：
NaOH=Na＋+OH-； NaNO3=Na＋+NO3 -；
电解时在阴极上发生Na＋的电化学“还原”过程：
Na＋+e=Na；
电解时在阳极上OH-、NO3 -氧化而析出O2 ：
4OH--4e=O2 +2H2O； 2NO3 --2e= O2+2NO2；
当把铸铁件4作为阴极时，还原析出的Na把铸铁件4表面的氧化铁还原为铁粉，并与铸铁件4分离而沉于电解槽6底：
2yNa+FexOy=xFe+yNa2O;
由于NaOH电解反应不断有水生成，所以阳极上析出的Na会与电解质中的水作用而析出H2 ：
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑;
另外，H2O也可以在阴极上还原：
2H2O+2e=H2+2OH-;
析出的活性氢还可以还原铸铁件4表面上的氧化物：
FexOy+yH2=xFe+yH2O;
当把铸铁件4作为阳极时，阳极产生的O2立即与铸铁件4表面的碳在高温下发生氧化反应：
C+ O2=CO2↑;
从而达到了除去铸铁件4表面的碳的目的，但在除去铸铁件4表面的碳的同时，阳极产生的O2也与铸铁件4表面的Fe发生氧化反应：
2xFe+yO2=2FexOy;
因此，在除去铸铁件4表面的碳的同时，铸铁件4表面还会生成新的氧化物，所以在脱碳后还要进行一次阳极处理，除去铸铁件4表面的氧化物，这样
在整个电解脱碳过程中，铸铁件4表面经过了阴极处理→阳极处理→阴极处理。
铁粉，并与铸铁件4分离而沉于电解槽6底：
2yNa+FexOy=xFe+yNa2O;
由于NaOH电解反应不断有水生成，所以阳极上析出的Na会与电解质中的水作用而析出H2 ：
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑;
另外，H2O也可以在阴极上还原：
2H2O+2e=H2+2OH-;
析出的活性氢还可以还原铸铁件4表面上的氧化物：
FexOy+yH2=xFe+yH2O;
当把铸铁件4作为阳极时，阳极产生的O2立即与铸铁件4表面的碳在高温下发生氧化反应：
C+ O2=CO2↑;
从而达到了除去铸铁件4表面的碳的目的，但在除去铸铁件4表面的碳的同时，阳极产生的O2也与铸铁件4表面的Fe发生氧化反应：
2xFe+yO2=2FexOy;
因此，在除去铸铁件4表面的碳的同时，铸铁件4表面还会生成新的氧化物，所以在脱碳后还要进行一次阳极处理，除去铸铁件4表面的氧化物，这样
在整个电解脱碳过程中，，铸铁件4表面经过了阴极处理→阳极处理→阴极处理。
Claims (3)
1.一种铸铁件表面脱碳装置，包括换向开关（1）、辅助电极（2）、工件支架（3）、熔盐（5）、电解槽（6）和加热炉（7），其特征在于：换向开关（1）上触点上联有直流电源，下触点分别与辅助电极（2）和工件支架（3）相联，加热炉（7）内设有电解槽（6），电解槽（6）内设有熔盐（5），熔盐（5）内设有辅助电极（2）和与工件支架（3）相联的铸铁件（4），其中，所述辅助电极（2）位于电解槽（6）的中心位置，所述工件支架（3）是导电体并位于辅助电极（2）的四周。
2.一种使用如权利要求1所述铸铁件表面脱碳装置进行铸铁件表面脱碳工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤一：先按设计要求加工好铸铁件（4），将铸铁件（4）与工件支架（3）固接，置于电解槽的熔盐（4）中，然后启动加热炉（7）进行加热，使电解槽（6）内温度上升，控制温度在330～400℃之间，此时合上换向开关（1），在铸铁件（4）和辅助电极（2）间加上直流电压后使熔盐（5）离子化，此时铸铁件（4）作为阴极，还原析出的Na把铸铁件（4）表面的氧化铁还原为铁粉，并与铸铁件（4）分离而沉于电解槽（6）的底部；
步骤二：20～30分钟后，调节换向开关（1）换向，使铸铁件（4）变为阳极，阳极产生的氧原子与铸铁件（4）表面的碳反应，生成二氧化碳逸出熔盐（5）表面，在脱碳的同时，阳极产生的氧原子与铸铁件（4）表面的铁反应生成新的氧化铁；
步骤三：10～15分钟后，调节换向开关（1）再次换向，再使铸铁件（4）作为阴极而除去其表面的氧化铁，整个电解脱碳过程中，铸铁件（4）表面经过了阴极处理→阳极处理→阴极处理，即完成铸铁件（4）表面脱碳。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述熔盐的成分为NaOH和NaNO3，NaOH和NaNO3的比例为2.2：1。
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