CN104894507B - 不锈钢筛板的高温渗溶氮处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不锈钢筛板的高温渗溶氮处理方法，它通过对不锈钢筛板进行高温渗溶氮处理，在筛孔壁面获得1‑2mm的高温溶氮层，通过淬火工艺，在筛板表面和孔眼壁面获得含氮的马氏体或者奥氏体层，在保持不锈钢耐蚀性基础上，显著提高筛板表面及孔眼壁面的耐磨性的技术，从而延长不锈钢筛板的使用寿命。

Description

不锈钢筛板的高温渗溶氮处理方法

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种提高不锈钢筛板耐磨性的方法，具体地讲是一种利用高温渗溶氮处理，在筛孔壁面获得1-2mm的高温溶氮层，通过淬火工艺，获得含氮的马氏体或者奥氏体的方法，在保持不锈钢耐蚀性基础上，显著提高筛板表面及孔眼壁面耐磨性的技术。

背景技术

不锈钢筛板具有良好的耐蚀性，它具有很高的刚度和承载能力，可以作成各种形状的刚性的筛分过滤装置，广泛应用于各行业中的筛分、过滤、脱水、脱泥等作用。目前，煤炭、冶金、石矿、化工、食品等行业的分级筛选、过滤作业使用的筛板，在筛分、过滤物料、液体时，颗粒物料的运动会对筛板造成严重的磨损、腐蚀，常常造成筛板表面和筛孔边缘磨损，影响物料筛选的精度，使得筛板的使用寿命降低。筛板的更换会延长生产周期，造成低的生产效率。近年来，对于提高筛板耐磨性的问题，人们在筛板的开发研究方面做了大量的研究，开发了一系列的新型耐磨筛板。比如：

中国专利公开号CN85108914A公开了一种具有堆焊耐磨层的金属筛板制作方法。在钢板上先加工好筛孔，用耐高温的非金属膏将筛孔填平，再用电弧或等离子弧将耐磨和金堆焊在带孔钢板的表面上。但由于堆焊层与筛板基体结合强度低，在高冲击应力下，此筛板的堆焊耐磨层容易开裂和脱落，影响筛板的使用寿命。

中国专利公开号CN101182616采用超高锰钢材料铸造筛板，在较大冲击负荷或接触应力作用下，超高锰钢筛板表面层能够产生加工硬化，并有马氏体及ε相沿晶面滑移形成，使得表面硬度急剧升高，内部保持良好的塑韧性，达到筛板在筛选物料时具有良好耐磨的效果。但超高锰钢筛板在较低冲击应力下，不能产生冲击硬化效果，所以在较小冲击负荷情况下不能发挥良好的耐磨特性。

中国专利公开号CN102500548A介绍了一种复合钢丝网筛板，采用热硫化的方式将不锈钢钢丝网硫化在筛板骨架上，提高了筛板的寿命。但该复合钢丝网筛板在连接筛板和橡胶板时选用的是粘结剂粘结，对于腐蚀性强，冲击能量高的物料筛分时，该复合钢丝筛板粘结处容易发生开裂、破损、脱离等现象，使得更换筛板的周期缩短，提高整体成本。

中国专利公开号CN2334502中介绍了一种防堵耐磨筛板，弹性橡胶下硫化一加强连接板。但两者耐磨筛板均粘结有一层橡胶板，由于橡胶板机械强度低，易破损，且许多煤炭和石矿的物料均有一定的腐蚀性，大大降低了橡胶板的使用寿命，橡胶板一旦遭到破坏，其整体筛板就不能使用。

中国专利公开号CN201012359介绍了一种高耐磨陶瓷橡胶筛板，在橡胶层和金属骨架上镶嵌陶瓷块，提高筛板耐磨性，但是该筛板采用橡胶板、金属骨架和陶瓷块多种材料粘结复合而成，各层的粘结强度低，在经受巨大物料冲击时容易引起陶瓷块的脱落，加剧筛板的损坏。

上述专利虽然对不锈钢筛板制作和结构上做了大量改进，大大提高了筛板过滤效果，但得到的不锈钢筛板寿命不能满足使用要求。

发明内容

为了解决了筛板在恶劣工况环境下的腐蚀和磨损问题，本发明提供一种高温渗溶氮处理方法以提高不锈钢筛板耐磨蚀，对不锈钢筛板进行高温渗溶氮处理，在筛孔壁面获得1-2mm的高温溶氮层，通过淬火工艺，获得含氮的马氏体组织，能显著提高筛板表面及孔壁的耐磨性又不降低耐蚀性。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

第一步：不锈钢筛板表面预处理

对不锈钢筛板表面采用通用的化学镀Ni预处理方法进行处理，分为清洗-活化两个步骤：先使用酒精或汽油彻底清除不锈钢筛板工件表面的油污，再对不锈钢筛板工件表面进行酸洗破除工件表面的氧化膜；

所述的不锈钢酸洗液配方:盐酸(ρ＝1.19克/厘米³)：280-330mL/L、硫酸(ρ＝1.84克/厘米³):190-240mL/L、乙醇(≥99.7％)：110-130mL/L、六次甲基四胺：2-3g/L、双氧水(30％)：230-280mL/L和水：190mL/L；

所述的酸洗温度优选15-30℃，酸洗时间优选3-5min；

第二步：化学闪镀镍

待酸洗去除不锈钢筛板表面氧化膜后立即将其浸入闪镀镍溶液中，在进行闪镀镍时，应先对不锈钢筛板在镀槽中预浸10-15min以后再通电，通电后镀件在镀槽中停留3-5min，从而形成带有化学闪镀Ni预活化层的不锈钢筛板，闪镀镍后经清洗烘干后必须迅速放入氮化炉中；

所述闪镀镍溶液配方：氯化镍：210-250g/L、盐酸：125-135g/L；

要求闪镀温度为室温，通电电流优选密度：6-8A/dm²；

第三步：高温溶氮处理

将带有化学闪镀Ni预活化层的不锈钢筛板放入氮化炉中，升温前应先送氮气排气，排气10分钟后，将控温仪表设定到200℃，边排气边加热，200℃保持1h排气；再将控温仪表设定到1050～1150℃的溶氮温度，保持炉内正压，排气口有较小气流向上的压力，当炉温升到600℃保温1h；然后再将氮气压力调大，炉内压力设定为1-2bar，保持渗氮2-4h；再将氮气压力调小，但使炉内维持正压，切断电源停止加热，将工件移至真空淬火室，进行高压气体淬火，待温度降到150℃以下时可停止淬火出炉；从而获得固溶氮的马氏体或者奥氏体，深层深度达到1-2mm，硬度可提高1.2-1.7倍，对于Cr13型马氏体不锈钢筛板硬度可达到750-780HV。

下面通过原理说明本发明技术的可行性。

对含有大量的形状各异孔眼的不锈钢筛板，首先将其浸入化学镀镍溶液中对表面进行化学闪镀Ni预活化，在筛板表面和孔眼壁面形成分散的纳米Ni颗粒。然后在氮化炉中中加热到1050-1150℃，以纯氮气为溶氮介质进行气体渗氮，压力1-2bar。筛板表面和孔眼壁面的纳米Ni颗粒对表面N₂的分解、吸附、扩散起到催化剂的作用。保温2-4小时，然后在保护气体下淬火，获得固溶氮的马氏体或者奥氏体，硬度提高1.5-2倍，深度达到1-2mm。因为不锈钢网孔的通透性，气体充分流通，获得的溶氮层厚度均匀。因为氮具有稳定奥氏体且扩大奥氏体相区，显著提高马氏体、奥氏体不锈钢的强度、硬度而不降低其断裂韧性，提高不锈钢的耐蚀性，特别是耐局部腐蚀等优势，使得不锈钢筛板的使用寿命得到大幅度延长。

本发明的有益效果是：

(1)对不锈钢表面进行溶氮，利用纯氮气为溶氮介质，并且以表面化学闪镀Ni作为预活化，制备高温渗氮催化剂的方法，工艺简便、高效、无污染，易于实施大批量生产。

(2)在筛板表面和孔眼壁面获得含氮的马氏体或者奥氏体层，可在保持不锈钢耐蚀性基础上，显著提高筛板表面及孔眼壁面的耐磨性的技术，延长使用寿命。

(3)不锈钢网孔的通透性，使得气体充分流通，获得的溶氮层厚度均匀，可显著提高马氏体、奥氏体不锈钢的强度、硬度而不降低其断裂韧性、耐蚀性，这对于保护不锈钢筛板孔壁，尤其是孔壁较薄时尤为重要，可使不锈钢筛板的使用寿命得到大幅度延长。

附图说明

图1是本发明3Cr13不锈钢高温渗溶氮表面马氏体微观组织图；

图2是本发明3Cr13不锈钢高温渗溶氮自表面到心部的硬度梯度曲线图。

具体实施方式

下面根据附图结合实施例进一步说明本发明的技术方案，实施例中以3Cr13不锈钢筛板为例。

实施例一

第一步：表面预处理

对不锈钢筛板表面采用通用的化学镀Ni预处理方法进行处理，分为清洗-活化两个步骤：先使用酒精或汽油彻底清除工件表面的油污，再对表面酸洗破除工件表面氧化膜，酸洗温度：15-30℃，酸洗时间：3-5min；

第二步：化学闪镀镍

酸洗去除不锈钢筛板表面氧化膜后立即将其浸入闪镀镍溶液中。在进行闪镀镍时，应先对不锈钢筛板在镀槽中预浸10-15min以后再通电。通电后镀件在镀槽中停留3min后，闪镀镍后经清洗烘干后必须迅速放入氮化炉中。要求闪镀温度为室温，通电电流密度：6-8A/dm²；

第三步：高温溶氮处理

将带有化学闪镀Ni预活化层的筛板放入氮化炉中，升温前应先送氮气排气，排气10分钟后，将控温仪表设定到200℃，边排气边加热，200℃保持1h排气，再将控温仪表设定到1150℃的溶氮温度，保持炉内正压，排气口有较小气流向上的压力，当炉温升到600℃保温1h；然后再将氮气压力调大，炉内压力设定为1bar，保持渗氮2h，再将氮气压力调小，但使炉内维持正压，切断电源停止加热。将工件移至真空淬火室，进行高压气体淬火，待温度降到150℃以下时可停止淬火出炉，从而获得如附图1所示的固溶氮的马氏体。

经检测，获得的固溶氮的马氏体深层深度达到2mm，硬度可提高1.7倍，对于3Cr13型马氏体不锈钢硬度可达到750HV-780HV，如附图2 3Cr13不锈钢高温渗溶氮自表面到心部的硬度梯度曲线所示，溶氮层到心部的硬度值下降趋势缓慢，没有出现出现明显的硬度突变现象，可以防止筛板在进行物料筛分时受到较大冲击时溶氮层的剥落。

实施例二

除第二步通电后镀件在镀槽中停留5min，又将第三步骤高温溶氮处理中，溶氮温度设定为1050℃，炉内压力设定为2bar，保持渗氮时间4h。除了上述两个步骤参数变化之外，其余其他工艺及参数同实施例一。

经检测：实施例二获得的固溶氮的马氏体深层深度达到1mm，硬度可提高1.3倍。

实施例三

除第二步骤通电后镀件在镀槽中停留4min，又将第三步骤高温溶氮处理中，溶氮温度设定为1010℃，炉内压力设定为1.5bar，保持渗氮时间3h。除了上述两个步骤参数变化之外，其余其他工艺及参数同实施例一。

经检测：实施例三最终获得的固溶氮的马氏体深层深度达到1.5mm，硬度可提高1.5倍。

Claims (2)

1.一种不锈钢筛板的高温渗溶氮处理方法，其特征在于，

第一步：不锈钢筛板表面预处理

对不锈钢筛板表面采用通用的化学镀Ni预处理方法进行处理，分为清洗-活化两个步骤：先使用酒精或汽油彻底清除不锈钢筛板工件表面的油污，再对不锈钢筛板工件表面进行酸洗破除工件表面的氧化膜；

所述的不锈钢酸洗液配方为:ρ＝1.19克/厘米³的盐酸280-330mL/L，ρ＝1.84克/厘米³的硫酸190-240mL/L，体积百分比≥99.7％的乙醇110-130mL/L，六次甲基四胺2-3g/L，质量百分比为30％的双氧水230-280mL/L，水190mL/L；

第二步：化学闪镀镍

待酸洗去除不锈钢筛板表面氧化膜后立即将其浸入闪镀镍溶液中，在进行闪镀镍时，应先对不锈钢筛板在镀槽中预浸10-15min以后再通电，通电后镀件在镀槽中停留3-5min，从而形成带有化学闪镀Ni预活化层的不锈钢筛板，闪镀镍后经清洗烘干后必须迅速放入氮化炉中；

所述闪镀镍溶液配方：氯化镍：210-250g/L，盐酸：125-135g/L；

第三步：高温溶氮处理

将带有化学闪镀Ni预活化层的不锈钢筛板放入氮化炉中，升温前应先送氮气排气，排气10分钟后，将控温仪表设定到200℃，边排气边加热，200℃保持1h排气；再将控温仪表设定到1050～1150℃的溶氮温度，保持炉内正压，排气口有较小气流向上的压力，当炉温升到600℃保温1h；然后再将氮气压力调大，炉内压力设定为1-2bar，保持渗氮2-4h；再将氮气压力调小，但使炉内维持正压，切断电源停止加热，将工件移至真空淬火室，进行高压气体淬火，待温度降到150℃以下时停止淬火出炉，从而获得固溶氮的马氏体或者奥氏体。

2.如权利要求1所述的不锈钢筛板的高温渗溶氮处理方法，其特征在于，

第一步中的酸洗温度为15-30℃，酸洗时间为3-5min；

第二步中的闪镀温度为室温，通电电流为6-8A/dm²。