CN106521401A - 一种专用于精加工部件的防渗碳涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种专用于精加工部件的防渗碳涂料，由如下质量百分比的组分混合研磨而成：15％～30％防渗碳剂、10％～20％钛白粉、20％～30％磷酸二氢铝，3％～5％乙醇，3％～5％EDTA四钠，3％～5％羧甲基纤维素钠，1％～5％三乙醇胺，0.5％～1％聚醚改性硅消泡剂，0.5％～3％壬基酚聚氧乙烯醚，0.5～1％硫酸亚铁，余量为去离子水；其中，防渗碳剂为质量比3～8∶1的硼酐粉和氧化亚铜粉的混合物。本发明防渗碳涂料颗粒粒径小，因而具备良好的润湿性和流动性，更容易附着在螺纹、内孔等细小部位形成封闭的防护层，该防护层在待防渗部位覆盖均匀、孔隙率低、封闭性好、防渗效果佳，且热处理后可水洗去除。

Description

一种专用于精加工部件的防渗碳涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种防渗碳涂料，尤其涉及一种专用于精加工部件的防渗碳涂料，本发明还涉及上述专用于精加工部件防渗碳涂料的制备方法。

背景技术

摩托车主轴、汽车伞齿、汽车转向螺杆等零件经过机加工后，在热处理过程中，需要对局部，特别是对螺纹、内孔、凹槽、花键等部位进行防渗碳处理，以保持其较低表面硬度便于后续加工。防渗碳方法主要有机加工法、镀铜法和涂料法：机加工法是加大工件的加工余量，在热处理后将渗碳层通过车加工的方式去除，此法带来了材料浪费和刀具使用成本增加等问题；镀铜法是传统防渗碳方法，防渗碳效果优异，但该方法属于化学法，存在着处理周期长、成本高、废液难处理、污染环境等问题；涂料法是通过在零件待防渗部位覆盖保护涂层，在渗碳过程中起到隔绝活性碳原子向金属基材内部渗入的作用，渗碳淬火后再去除涂层，该方法具有效果好、成本低、污染小的优点，已逐步取代机加工法和镀铜法，成为主流。现有的大部分防渗碳涂料以硅酸盐、二氧化硅等作为主要成膜组分，其自干速度慢，与金属基材结合力差，热处理后不能自行剥落，需要进行喷砂或抛丸去除，不但工序繁琐、能源消耗大，成本增加，而且特别不适于对螺纹、内孔、凹槽、花键等部位的防渗碳处理，容易带来螺纹磨损或涂层去除不净的问题。

中国专利CN101074455A公开了水性自剥性金属热处理保护涂料，这种涂料可以通过水洗自行剥落。中国专利CN105132051A公开了一种高温时不影响渗碳炉内气氛，并且渗碳热处理后可以通过水洗去除的防渗碳涂料。但是CN101074455A所述涂料中的水性树脂在渗碳过程中会发生分解，释放出含碳有机气体，易干扰炉内气氛，影响渗碳质量。同时，上述两个专利中的涂料还因颗粒大(D90≥50μm)，而导致涂料对螺纹、内孔、凹槽这类部位的润湿性能差，涂料流动性差，涂层粗糙不均匀、孔隙大等一系列问题，并最终导致渗碳气氛易与防渗面接触形成局部漏渗，难以专门用于螺纹或者内孔这类部位防渗碳处理。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种专用于精加工部件的防渗碳涂料，本发明防渗碳涂料能够改变工件在淬火剂中高温段的冷却速度，从而使工件在淬火时获得更好的冷却效果。

本发明还要解决的技术问题是提供上述专用于精加工部件防渗碳涂料的制备方法，该方法通过球磨方式大大降低了涂料的粒径，小粒径防渗碳涂料具备良好的润湿性和流动性，更容易附着在螺纹、内孔等细小部位形成封闭的防护层。

发明内容：为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种专用于精加工部件的防渗碳涂料，由如下质量百分比的组分混合研磨而成：由如下质量百分比的组分混合研磨而成：15％～30％防渗碳剂、10％～20％钛白粉、20％～30％磷酸二氢铝、3％～5％乙醇、3％～5％EDTA四钠、3％～5％羧甲基纤维素钠、1％～5％三乙醇胺，0.5％～1％聚醚改性硅消泡剂、0.5％～3％壬基酚聚氧乙烯醚、0.5～1％硫酸亚铁，余量为去离子水；其中，防渗碳剂为质量比3～8∶1的硼酐粉和氧化亚铜粉的混合物；所述防渗碳涂料的粒径D90≤10μm；粘度为5000mPa·s～7000mPa·s。

上述专用于精加工部件的防渗碳涂料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将配方量的磷酸二氢铝、乙醇、EDTA四钠、羧甲基纤维素钠和三乙醇胺溶于去离子水中，调配成均匀的粘结液；

步骤2，将防渗碳剂和钛白粉加入一定量的粘结液中，搅拌后得到混合物料；

步骤3，往步骤2的混合物料中加入配方量的聚醚改性硅消泡剂、壬基酚聚氧乙烯醚和硫酸亚铁，混合搅拌均匀；

步骤4，将步骤3得到的物料置于棒销球磨机中研磨，直至物料粒径D90≤10μm，再往物料中加入一定量的粘结液，使物料粘度达到5000mPa·s～7000mPa·s即可；其中，球磨机的转速为600rpm～850rpm，研磨机的出料温度低于35℃。

其中，球磨机的外壳及进料管路应带有冷却夹套，并与冷冻机相连，冷冻机循环冷冻液温度应低于5℃，从而确保研磨过程中的出料温度低于35℃。

其中，步骤3中，控制球磨机进料速度，使球磨机研磨工作时的腔体压力不高于0.2MPa。

本发明防渗碳涂料基本技术指标如下：

外观：灰色膏状物质；

动力粘度：5000mPa·s～7000mPa·s；

粒径分布(激光粒度仪测定，见图2)：D90≤10μm；

适用防渗温度：760-1000℃；

适用防渗深度：≤3mm；

残渣水溶性：≤20min(热水或碱性清洗剂)。

本发明的螺纹、内孔专用防渗碳涂料，可满足在760-1000℃条件下，渗层≤3mm时的零件螺纹及内孔等部位的防渗要求，并具备可水洗脱落的功能。本发明的防渗碳涂料选择硼酐粉与氧化亚铜的混合物作为双组份防渗碳剂：配方中的硼酐在450℃及以上会在工件表面形成稳定的熔融的玻璃状保护层，氧化亚铜亦会在渗碳炉内还原性气氛下形成铜膜，二者共同对工件表面起到封闭保护隔绝活性碳原子的作用，同时硼酐易溶于热水，因此在渗碳结束后可通过热水清洗或碱性清洗剂去除。本发明防渗碳涂料化学性质稳定、耐高温，使涂层具有优良的致密性；且该防渗碳涂料具有高的粘度，形成的涂层在防渗表面具有好的附着力，并且防渗碳涂层在去除时遇水即粉化，易于去除。

相比于现有技术，本发明防渗碳涂料的有益效果为：

本发明防渗碳涂料颗粒粒径小，因而具备良好的润湿性和流动性，更容易附着在螺纹、内孔等细小部位形成封闭的防护层，该防护层在待防渗部位覆盖均匀、孔隙率低、封闭性好、防渗效果佳，且热处理后可水洗去除(淬火后涂层易剥除)，不需要进行喷砂或抛丸去除，从而不会带来螺纹磨损的问题；另外，在金属工件表面涂刷本发明防渗碳涂料后淬火，能够改变工件在淬火时高温区的冷却速度，从而使工件获得更好的冷却均匀性和稳定性。

附图说明

图1为本发明防渗碳涂料的工艺流程图；

图2为本发明防渗碳涂料的粒径分布图；

图3为在工件涂刷上本发明防渗碳涂料后工件防渗碳部位的硬度梯度图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1

本发明专用于精加工部件的防渗碳涂料，由如下质量百分比的组分混合研磨而成：12％的硼酐粉、4％的氧化亚铜粉末、10％的钛白粉、30％的磷酸二氢铝、5％乙醇、5％EDTA四钠、3％羧甲基纤维素钠、1％三乙醇胺、0.5％聚醚改性硅消泡剂、0.5％壬基酚聚氧乙烯醚、1％硫酸亚铁以及28％的去离子水；防渗碳涂料的粒径D90≤10μm。

使用实施例1的防渗碳涂料对材质为20CrMnTi的齿轮进行防渗碳处理，渗碳层深为2.5mm～3.0mm，渗碳后直接淬火，淬火后的工件在60℃水中浸泡20min后，表面的防渗碳涂层完全剥落。工件防渗碳部位的硬度降如图3所示，工件芯部硬度为410HV，表面硬度为400HV，达到了很好的防渗效果。

使用材质为20CrMnTi的探棒涂覆实施例1的防渗碳涂料后渗碳淬火，工件在淬火油里的高温区冷速整体变慢，最大冷速由不涂防渗碳涂料时的105℃/s降低至95℃/s。由此可见，本防渗碳涂料能够降低工件在淬火剂中高温段的冷却速度，从而使工件在淬火剂中获得更好的冷却效果和低的表面硬度。

实施例2

本发明专用于精加工部件的防渗碳涂料，由如下质量百分比的组分混合研磨而成：24％的硼酐粉、3％的氧化亚铜粉末、15％的钛白粉、25％的磷酸二氢铝、3％乙醇、3％EDTA四钠、3％羧甲基纤维素钠、1％三乙醇胺、0.5％聚醚改性硅消泡剂、0.5％壬基酚聚氧乙烯醚、1％硫酸亚铁以及21％的去离子水，防渗碳涂料的粒径D90≤10μm。

实施例3

本发明专用于精加工部件的防渗碳涂料，由如下质量百分比的组分混合研磨而成：16％的硼酐粉、4％的氧化亚铜粉末、15％的钛白粉、25％的磷酸二氢铝、3％乙醇、3％EDTA四钠、5％羧甲基纤维素钠、1％三乙醇胺、1％聚醚改性硅消泡剂、0.5％壬基酚聚氧乙烯醚、0.5％硫酸亚铁以及26％的去离子水，防渗碳涂料的粒径D90≤10μm。

实施例4

本发明专用于精加工部件的防渗碳涂料，由如下质量百分比的组分混合研磨而成：25％的硼酐粉、5％的氧化亚铜粉末、10％的钛白粉、20％的磷酸二氢铝、3％乙醇、3％EDTA四钠、3％羧甲基纤维素钠、5％三乙醇胺、0.5％聚醚改性硅消泡剂、3％壬基酚聚氧乙烯醚、0.5％硫酸亚铁以及22％的去离子水，防渗碳涂料的粒径D90≤10μm。

本发明为水基防渗碳涂料，由于采用独有的棒销式球磨机研磨工艺，使得该涂料具备较小的颗粒粒径，因而具备较好的润湿性和流动性，更容易附着在螺纹、内孔等细小部位形成封闭防护层，此防护层覆盖均匀、孔隙率低、封闭性好、防渗效果好。本发明中的防渗碳涂料采用无机双组份防渗碳剂，在渗碳时不会分解释放出含碳有机气体干扰炉内气氛；在淬火后可用水或碱性清洗剂清洗剥离，无需传统抛丸或喷砂程序，不会造成防渗部位磨损，大大简化工序、节省能源、降低成本；并且本发明防渗碳涂料能够改变工件在淬火剂中高温段的冷却速度，从而使工件在淬火剂中获得更好的冷却效果。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种专用于精加工部件的防渗碳涂料，其特征在于：由如下质量百分比的组分混合研磨而成：15％～30％防渗碳剂、10％～20％钛白粉、20％～30％磷酸二氢铝，3％～5％乙醇，3％～5％EDTA四钠，3％～5％羧甲基纤维素钠，1％～5％三乙醇胺，0.5％～1％聚醚改性硅消泡剂，0.5％～3％壬基酚聚氧乙烯醚，0.5～1％硫酸亚铁，余量为去离子水；其中，防渗碳剂为质量比3～8∶1的硼酐粉和氧化亚铜粉的混合物；所述防渗碳涂料的粒径D90≤10μm；粘度为5000mPa·s～7000mPa·s。

2.权利要求1所述专用于精加工部件的防渗碳涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，将配方量的磷酸二氢铝、乙醇、EDTA四钠、羧甲基纤维素钠和三乙醇胺溶于去离子水中，调配成均匀的粘结液；

步骤2，将防渗碳剂和钛白粉加入一定量的粘结液中，搅拌后得到混合物料；

步骤3，往步骤2的混合物料中加入配方量的聚醚改性硅消泡剂、壬基酚聚氧乙烯醚和硫酸亚铁，混合搅拌均匀；

步骤4，将步骤3得到的物料置于棒销球磨机中研磨，直至物料粒径D90≤10μm，再往物料中加入一定量的粘结液，使物料粘度达到5000mPa·s～7000mPa·s即可；其中，球磨机的转速为600rpm～850rpm，研磨机的出料温度低于35℃。

3.根据权利要求2所述专用于精加工部件的防渗碳涂料的制备方法，其特征在于：步骤3中，所述研磨机的腔体压力不高于0.2MPa。