CN105543773B - 用于深层qpq技术的稀土配方盐及其制备方法 - Google Patents
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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：35‑45份CO(NH2)2、15‑25份Na2CO3、15‑25份K2CO3、3‑7份NaCl、3‑7份KCl、1‑5份Na2SO3、1‑5份La2(CO3)3、1‑5份Ce2(CO3)3。本发明氮化盐中加入碳酸镧和碳酸铈，并合理选择其他组分，在工作状态下，氰酸根离子分解而产生的活性氮原子渗入铁基材料表面，在材料表面形成坚硬致密的铁氮化合物，从而提高材料的耐磨性和抗蚀性；该盐熔点低并且能在较低温度状态下能保持一定的氮势，在较高的温度下稳定，具有较宽的熔点温度范围，氮化处理可以得到深层化合物层。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于深层QPQ技术的稀土配方盐及其制备方法。
背景技术
在以水为工作介质的液压传动中，需要液压元件同时具备较高的耐磨性和耐蚀性。目前常用的水压元件的材料有：耐蚀合金、工程塑料、陶瓷及其涂层材料等，这些材料多存在着价格昂贵、加工工艺复杂或者工作条件要求较高的问题，因此需要寻求一种价格低廉的材料来代替传统的水压传动元件材料。目前，表面改性方法较多，如离子氮化、表面喷涂和QPQ盐浴复合处理技术等，这些表面改性方法各有优缺点，离子氮化虽然具有较厚的渗层，但离子渗氮处理成本高，因此价格比较贵；不同形状、尺寸和材料的零件混合装炉进行渗氮处理时，很难使工件温度均匀一致；对形状不规则而难以放置的零件、深孔件及某些不需要渗氮的部位需要设计专用夹具和保护装置。
QPQ盐浴复合处理技术是近年来新发展起来的渗氮+氧化处理技术，实际上是一种盐浴复合处理技术，其主体技术是盐浴渗氮或盐浴氮碳共渗，然后再加上一道氧化工序。QPQ复合处理技术是由盐浴渗氮技术演变而来。 QPQ盐浴复合处理技术是一种可以同时大幅度提高金属表面的耐磨性、耐蚀性，而工件几乎不变形的新的金属表面强化改性技术。QPQ盐浴复合处理技术则具有变形小、处理时间短，节能效果显著的优点。但传统的QPQ处理技术具有渗层较薄，不能满足既 承受摩擦磨损又需要具有良好耐蚀性的工件的需求。
因此盐浴渗氮已被广泛应用于生产实践中。但是目前应用于不锈钢的盐浴渗氮处理技术存在以下缺点：渗氮基盐适用温度较高，一般在520-600℃之间，不适合低温处理；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。
本发明所要解决的技术问题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：
35-45份CO(NH2)2、15-25份Na2CO3、15-25份K2CO3、3-7份NaCl、 3-7份KCl、1-5份Na2SO3、1-5份La2(CO3)3、1-5份Ce2(CO3)3。
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-﹢ 3 O2 →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-； Na2SO3控制氰根离子CN-的含量；KCl、NaCl提供中性盐浴的基础环境； K2CO3、Na2CO3以及氯化盐的配合使用则可以有效降低氮化盐的熔点，拓宽氮化盐的适用温度范围；碳酸镧La2(CO3)3、碳酸铈Ce2(CO3)3提高氮化盐的活性，促进渗氮。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、Na2CO3、K2CO3、NaCl、KCl、Na2SO3、La2(CO3)3、Ce2(CO3) 3混合均匀，放入坩埚中在350-450℃，保温4.5-5.5h，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。
Na2CO3，中文名称：碳酸钠，CAS号：497-19-8。
K2CO3，中文名称：碳酸钾，CAS号：584-08-7。
NaCl，中文名称：氯化钠，CAS号：7647-14-5。
KCl，中文名称：氯化钾，CAS号：7447-40-7。
Na2SO3，亚硫酸钠，CAS号：7757-83-7。
La2(CO3)3 ，中文名称：碳酸镧，CAS号：6487-39-4。
Ce2(CO3)3，中文名称：碳酸铈，CAS号：54451-25-1
本发明氮化盐中加入碳酸镧和碳酸铈，并合理选择其他组分，在工作状态下，氰酸根离子分解而产生的活性氮原子渗入铁基材料表面，在材料表面形成坚硬致密的铁氮化合物，从而提高材料的耐磨性和抗蚀性；该盐熔点低并且能在较低温度状态下能保持一定的氮势，在较高的温度下稳定，具有较 宽的熔点温度范围，氮化处理可以得到深层化合物层。
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
用于深层QPQ技术的稀土配方盐原料：4kgCO(NH2)2、2kgNa2CO3、 2kgK2CO3、0.5kgNaCl、0.5kgKCl、0.3kgNa2SO3、0.3kg份La2(CO3)3、 0.3kgCe2(CO3)3。
用于深层QPQ技术的稀土配方盐的制备方法：按上述原料配比将 CO(NH2)2、Na2CO3、K2CO3、NaCl、KCl、Na2SO3、La2(CO3)3、Ce2(CO3) 3混合均匀，放入坩埚中在400℃，保温5h，即得用于深层QPQ技术的稀土配方盐。
实施例2
用于深层QPQ技术的稀土配方盐原料：4kgCO(NH2)2、2kgNa2CO3、 2kgK2CO3、0.5kgNaCl、0.5kgKCl、0.3kgNa2SO3、0.6kg份La2(CO3)3。
用于深层QPQ技术的稀土配方盐的制备方法：按上述原料配比将 CO(NH2)2、Na2CO3、K2CO3、NaCl、KCl、Na2SO3、La2(CO3)3混合均匀，放入坩埚中在400℃，保温5h，即得实施例2的用于深层QPQ技术的稀土配方盐。
实施例3
用于深层QPQ技术的稀土配方盐原料：4kgCO(NH2)2、2kgNa2CO3、 2kgK2CO3、0.5kgNaCl、0.5kgKCl、0.3kgNa2SO3、0.6kgCe2(CO3)3。
用于深层QPQ技术的稀土配方盐的制备方法：按上述原料配比将 CO(NH2)2、Na2CO3、K2CO3、NaCl、KCl、Na2SO3、Ce2(CO3)3混合均匀，放入坩埚中在400℃，保温5h，即得实施例3的用于深层QPQ技术的稀土配方盐。
对比例1
用于深层QPQ技术的稀土配方盐原料：4kgCO(NH2)2、2kgNa2CO3、 2kgK2CO3、0.5kgNaCl、0.5kgKCl、0.3kgNa2SO3。
用于深层QPQ技术的稀土配方盐的制备方法：按上述原料配比将 CO(NH2)2、Na2CO3、K2CO3、NaCl、KCl、Na2SO3混合均匀，放入坩埚中在400℃，保温5h，即得对比例1的用于深层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650℃空气炉运行2.5h。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 | 73 |
| 实施例2 | 64 |
| 实施例3 | 60 |
| 对比例1 | 33 |
比较实施例1-3与对比例1，实施例1-3添加了能提高盐活性的基础成份碳酸镧和/或碳酸铈，进行氮化处理后化合物层厚度明显高于对比例1；特别的，比较实施例1与实施例2-3，实施例1(采用碳酸镧和碳酸铈复配)，进行氮化处理后化合物层厚度高于实施例2-3(采用碳酸镧、碳酸铈中单一组分)。
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：35-45份CO(NH2)2、15-25份Na2CO3、15-25份K2CO3、3-7份NaCl、3-7份KCl、1-5份Na2SO3、1-5份La2(CO3)3、1-5份Ce2(CO3)3。
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、Na2CO3、K2CO3、NaCl、KCl、Na2SO3、La2(CO3)3、Ce2(CO3)3混合均匀，放入坩埚中在350-450℃，保温4.5-5.5h，即得用于深层QPQ技术的稀土配方盐。
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