CN105420664B - 用于深层qpq技术的稀土配方盐及其制备方法 - Google Patents

用于深层qpq技术的稀土配方盐及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种用于深层QPQ技术的稀土配方盐及其制备方法，所述用于深层QPQ技术的稀土配方盐由下述重量份的原料组成：30‑50份CO(NH2)2、10‑30份K2CO3、10‑30份Na2CO3、5‑15份NH4Cl、1‑5份K2SO3、1‑5份La2(CO3)3，3‑7份BeOH。本发明氮化盐中引入稀土活化成分，使氮化盐在较低温度状态下能保持一定的氮势，在较高温度状态下基础成分不分解，从而将氮化盐的使用温度扩大到420‑690℃之间，克服了目前普通QPQ技术氮化盐使用熔点温度420‑580℃之间极限范围瓶颈，氮化物层深度不够厚的不足，导致多数应用领域受限制较大，用本发明的深层QPQ技术稀土配方氮化盐来处理，可以得到70μm以上的深层化合物层，比目前所知的普通QPQ技术得到化合物层的渗层深度超出二倍。

Description

用于深层QPQ技术的稀土配方盐及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种应用于深层QPQ技术的稀土配方盐及其制备方法。
背景技术
深层QPQ高新技术，它涉及一种全新的金属材料盐浴复合表面强化改性技术。金属材料在两种不同性质的熔融盐浴作复合处理，以使多种元素同时渗入金属表面，形成由氧化膜、化合物层、扩散层组成的复合渗层，以使金属材料得到强化改性，并可以同时大幅度提高金属材料的强度、硬度，耐磨性、耐蚀性及耐冲击性，同时还可以做到全工艺过程无公害，实现绿色生产。本发明具有深层催渗效果，在工件表面形成具有足够深度和一定硬度的高质量深层，并能改善工件性能。
深层QPQ技术是在保留原有普通QPQ技术的基础上，加深氮化工序的化合物深度，使之由原来的15-20um加深到30um以上。深层QPQ技术包括化合物层深度在30um以上的盐浴或气体的渗氮，或碳氮共渗及其随后的盐浴或气体的氧化工序，中间还有抛光工序。用该工艺对金属进行处理不需要喷涂任何防护材料，并且工艺简单，成本低廉，节能环保无公害，工作环境清洁，外观美观等特点。该技术做到了原材料无毒不污染环境，各项环保指标经环保部门测定均达到国家标准，同时使金属表面的耐磨性、抗腐蚀性及力学性能硬度强度都有更大幅度的提高。
加深化合物层深度现在主要是把氮化温度由520-580℃提高到600℃以上。但是氮化温度提高到600℃以上在金属学领域是一个全新的课题，通常钢铁渗氮区域的温度是500-600℃，碳氮共渗区域的温度在750℃以上，很长时间以来600-750℃是钢铁材料表面处理的技术空白区。深层QPQ技术首次填补了国内该技术空白区。目前公开的QPQ氮化盐成分由CO(NH2)2,Na2CO3,K2CO3,KOH组成，工作温度通常为420-580℃，目前市面上现有QPQ技术氮化盐的熔点低，使用熔点温度通常在420-580℃，当使用熔点温度低于420℃时，氮化盐将不会化解，仍属块状不能发生化学催化反应；当使用温度超过600℃时，将会容易分解并很快挥发，氮化盐盐浴成分不容易稳定，并且高温下形成的化合物层疏松比较严重，氮化效果极差。这就限制了普通QPQ技术的适用范围。
深层QPQ技术具有更广泛的应用前景，首先是原来有很多产品想采用QPQ技术，但因其渗层太薄而不能采用，现在深层QPQ技术可以在这方面扩大应用规模；其次是现有采用普通QPQ技术的产品，如果采用深层QPQ技术会大幅度提高产品的耐磨性、耐蚀性和疲劳强度，延长产品的使用寿命，因此在提高产品质量方面有较大市场。30um以上的化合物层可以承受某些精密磨削，这样深层QPQ技术可以扩大在很多高精度产品的应用方面会有非常广泛、非常重要的用途。总之，深层QPQ技术的潜在市场是十分巨大的。
本发明的目的是为了克服目前普通QPQ技术氮化盐使用熔点温度420-580℃之间极限范围瓶颈，氮化物层深度不够厚的不足，导致多数应用领域受限制较大，本发明可提供一种扩大目前所知氮化盐的使用熔点温度范围，可以对中、低碳钢进行化合物层深度为70μm以上的深层QPQ技术处理的用于液体氮化的稀土配方氮化盐。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题之一是提供一种用于深层QPQ技术的稀土配方盐，之二是提供上述用于深层QPQ技术的稀土配方盐的制备方法。
本发明目的是通过如下技术方案实现的：
一种用于深层QPQ技术的稀土配方盐，由下述重量份的原料组成：30-50份CO(NH2)2、10-30份K2CO3、10-30份Na2CO3、5-15份NH4Cl、1-5份K2SO3、1-5份La2(CO3)3，3-7份BeOH。
在使用过程中本发明的反应原理是：
基盐，再生盐熔化时的反应：2CO(NH2)2﹢CO3 2-→2CNO-﹢2NH3↑﹢H2O↑﹢CO2↑
盐浴中氰酸根分解，反应产生得到活性氮原子，进而渗入工件表面形成化合物层和扩散层。
氰酸根分解提供活性氮原子：4CNO-→CO3 2-﹢2CN-﹢CO﹢2「N」
氮化过程中的氮化反应：3Fe﹢「N」→Fe3N；4Fe﹢「N」→Fe4N
氰酸根分解产生的CO，进而分解出C原子渗入工件形成碳化物。
活性碳原子的生成反应：2CO→「C」﹢CO2↑；3Fe﹢C→Fe3C
盐浴中用氧化剂使氰根氧化成氰酸根。
氰根被氧化性成分氧化消耗反应：2CN-﹢O2→2CNO-；4CNO-﹢3O2→2CO3 2-﹢CO2↑﹢4「N」
其中CO(NH2)2分别与K2CO3,Na2CO3反应均生成氰酸根离子CNO-；K2SO3控制氰根离子CN-；NH4Cl提供中性盐浴的基础环境；碳酸镧La2(CO3)3提高氮化盐的活性，促进渗氮；氢氧化铍BeOH提高盐浴流动性和基础成分的稳定性，拓宽氮化盐的温度使用范围。氰酸根分解产生的CO，进而分解出C原子渗入工件形成碳化物，这些碳化物对氮的渗入有较强的促进作用。氰酸根离子分解，反应产生的活性氮原子渗入工件表面，并在表面形成坚硬致密的化合物层和扩散层，该化合物主要为铁氮化化合物Fe3N和Fe4N，从而提高金属材料的强度、硬度，耐磨性，耐蚀性，耐疲劳，耐冲击综合金属材料性能。
本发明还提供了上述用于深层QPQ技术的稀土配方盐的制备方法：将CO(NH2)2、K2CO3、Na2CO3、NH4Cl、K2SO3、La2(CO3)3、BeOH混合均匀，放入坩埚中在300-400℃，保温4-6h，即得用于深层QPQ技术的稀土配方盐。
具体的，在本发明中:
CO(NH2)2，中文名称：碳酰二胺，CAS号：57-13-6。
K2CO3，中文名称：碳酸钾，CAS号：584-08-7。
Na2CO3，中文名称：碳酸钠，CAS号：497-19-8。
NH4Cl，中文名称：氯化铵，CAS号：12125-02-9。
K2SO3，中文名称：亚硫酸钾，CAS号：10117-38-1。
La2(CO3)3，中文名称：碳酸镧，CAS号：6487-39-4。
BeOH，中文名称：氢氧化铍，CAS号：13327-32-7。
本发明采用的技术方案是：优化了普通QPQ技术氮化盐的传统配方，添加了能提高盐(基盐和再生盐)活性的基础成份碳酸镧和氢氧化铍。
本发明氮化盐中引入稀土活化成分，使氮化盐在较低温度状态下能保持一定的氮势，在较高温度状态下基础成分不分解，从而将氮化盐的使用温度扩大到420-690℃之间，克服了目前普通QPQ技术氮化盐使用熔点温度420-580℃之间极限范围瓶颈，氮化物层深度不够厚的不足，导致多数应用领域受限制较大，用本发明的深层QPQ技术稀土配方氮化盐来处理，可以得到70μm以上的深层化合物层，比目前所知的普通QPQ技术得到化合物层的渗层深度超出二倍。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明，以下所述，仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以下实施例所做的任何简单修改或等同变化，均落在本发明的保护范围内。
实施例1
按表1中实施例1的原料组成，并按下述方法制备用于深层QPQ技术的稀土配方盐。
用于深层QPQ技术的稀土配方盐的制备方法：按表1对应实施例1的原料配比将CO(NH2)2、K2CO3、Na2CO3、NH4Cl、K2SO3、La2(CO3)3、BeOH混合均匀，放入坩埚中在350℃，保温5h，即得用于深层QPQ技术的稀土配方盐。
表1：原料组成表 单位：kg
实施例2
按表1中实施例2的原料组成，并按下述方法制备用于深层QPQ技术的稀土配方盐。
用于深层QPQ技术的稀土配方盐的制备方法：按表1对应实施例2的原料配比将CO(NH2)2、K2CO3、Na2CO3、NH4Cl、K2SO3、La2(CO3)3混合均匀，放入坩埚中在350℃，保温5h，即得用于深层QPQ技术的稀土配方盐。
实施例3
按表1中实施例3的原料组成，并按下述方法制备用于深层QPQ技术的稀土配方盐。
用于深层QPQ技术的稀土配方盐的制备方法：按表1对应实施例3的原料配比将CO(NH2)2、K2CO3、Na2CO3、NH4Cl、K2SO3、BeOH混合均匀，放入坩埚中在350℃，保温5h，即得用于深层QPQ技术的稀土配方盐。
对比例1
按表1中对比例1的原料组成，并按下述方法制备用于深层QPQ技术的稀土配方盐。
用于深层QPQ技术的稀土配方盐的制备方法：按表1对应对比例1的原料配比将CO(NH2)2、K2CO3、Na2CO3、NH4Cl、K2SO3混合均匀，放入坩埚中在350℃，保温5h，即得用于深层QPQ技术的稀土配方盐。
测试例1
使用实施例1-3和对比例1制得的用于深层QPQ技术的稀土配方盐对15#钢进行氮化处理，4组测试同一步骤中加入实施例1-3和对比例1制得的用于深层QPQ技术的稀土配方盐的重量均相同，先将经过清洗、除锈的坩埚吊入电炉中，然后将控温电偶紧靠坩埚壁插入坩埚内，控温仪表定在700℃，然后开始升温化盐。再将基盐加入坩埚中，加到坩埚深度的3/4。然后盖上炉盖，开动通风系统，待坩埚下部的盐开始熔化并下沉以后，继续加入适量基盐，使基盐浴面始终保持在大体相同的高度，直到最后全部熔化成液体，盐浴面上升到距离坩埚上部边缘150mm时，停止加盐。当氰酸根低于要求值32％时，应向氮化盐浴中加入调整盐4kg，以提高氰酸根含量到35％。基盐全部熔化后，在625℃空气炉运行3h。具体结果见表2。
表2：化合物层厚度表，单位：μm
化合物层厚度
实施例1 70
实施例2 63
实施例3 58
对比例1 31

Claims (2)

1.一种用于深层QPQ技术的稀土配方盐，其特征在于，由下述重量份的原料组成：30-50份CO(NH2)2、10-30份K2CO3、10-30份Na2CO3、5-15份NH4Cl、1-5份K2SO3、1-5份La2(CO3)3，3-7份BeOH。
2.如权利要求1所述的用于深层QPQ技术的稀土配方盐制备方法，其特征在于，将CO(NH2)2、K2CO3、Na2CO3、NH4Cl、K2SO3、La2(CO3)3、BeOH混合均匀，放入坩埚中在300-400℃，保温4-6h，即得用于深层QPQ技术的稀土配方盐。
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