CN111778473B - 一种用于氮碳氧共渗技术的渗氧剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及氮碳氧共渗技术的渗氧剂技术领域，提供了一种用于氮碳氧共渗技术的渗氧剂及其制备方法，包括以下质量分数：包括以下质量分数：硝酸钠NaNO3，15～21％；亚硝酸钠NaNO2，45～65％；氢氧化钠NaOH，12～20％；硫酸铈Ce(SO4)2，5～15％。本发明克服了现有技术的不足，设计合理，结构紧凑，解决了现有的渗氧剂影响环境或者反应剧烈，导致产品发红，外观不够均匀黑亮的问题，本发明中的渗氧剂以硝酸钠、亚硝酸钠、硫酸铈为氧化成分，以氢氧化钠为条件成分，以硫酸铈镧做催化氧化剂，得到品质稳定的环保型渗氧剂配方，使得渗氧剂有足够的氧化功能，同时反应不会过于激烈，工件表面会呈现均匀黑亮，具有很强的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及氮碳氧共渗技术的渗氧剂技术领域，具体涉及一种用于氮碳氧共渗技术的渗氧剂及其制备方法。
背景技术
氮碳氧复合处理技术，它是一种盐浴复合的氮碳氧非金属共渗处理技术，具体是指工件经过盐浴氮碳共渗和盐浴氧化以后，再进行抛光和盐浴氧化的复合处理过程。在执行复合工艺时，依据工件的具体要求，工序可进行增减。改技术可以大幅度提高金属表面的耐磨性、抗蚀性，而工件几乎不发生变形，是一种新的金属表面强化改性技术。这种技术实现了渗氮工序和氧化工序的复合；氮化物和氧化物的复合；耐磨性和抗蚀性的复合；热处理技术和防腐技术的复合。
该技术在上世纪70年代由德国公司发明，其工艺材料配方和工艺经过几十年的不断地发展和改进，应用范围越来越广，因此在国外被认为是金属表面强化技术领域内的巨大进展，把它称之为一种新的冶金方法。该技术在国内也得到大量推广应用，尤其在汽车、摩托车、轴类产品、电子零件、纺机、机床、电器开关、工模具上使用效果非常突出。
氮碳氧复合共渗渗剂包括渗氮剂、再生剂、渗氧剂三种主要工艺材料，随着科学的发展，也层出了一些催化剂或再生催化剂等工艺优化添加剂。虽然共渗的原理相同，但由于工艺材料配方和共渗工艺不同，其渗剂稳定性、渗速、渗入元素和形成化合物比例、渗层质量以及环保程度等参数也不同。
以渗氮剂为核心基础剂，主要为氮碳氧共渗提供渗入到基体的元素，进而形成化合物和固溶物，使工件具有耐磨耐疲劳性能和基本耐蚀性，再生剂或再生催化剂为调节剂，主要调节基础剂的活性和稳定性以及降低基础剂的有害物质，渗氧剂为辅助剂，主要是提供氧元素，在氮碳化合物层形成氧原子固溶，提高腐蚀电位，增加耐蚀性和降低摩擦系数。
现有氮碳氧共渗技术行业中，渗氮剂是核心基础剂，是氮碳氧共渗的核心工艺，在氮碳共渗工序中，渗剂中熔融的氰酸根会发生分解产生活性氮原子和碳原子，在热力学原理和扩散原理的作用下，活性越来也低，熔点越来越高，密度越来越大，最终导致老化失效，再生剂的作用则是将渗剂中的碳酸根恢复为氰酸根，最终达到一个共存平衡的状态，渗氧剂是氮碳氧共渗技术的辅助剂，渗氧剂主要为氢氧化钠和亚硝酸钠，氢氧化钠和亚硝酸钠也是传统的发黑剂，主要提供氧原子渗入提高腐蚀电位和在工件表面形成面心立方的四氧化三铁氧化膜，以及氧化渗氮剂带出来的微量有害物质，达到环保的目的。
但行业现状的渗氧剂，大多以两类为主：一是以发黑为主氧化为辅的渗氧剂，其缺点是不能有效的氧化渗氮剂带出的微量有害物质，碱性过于强烈使用环境恶劣，工人常常感到皮肤会有刺激，也因氧化性弱氧原子不能有效固溶在白亮层内，导致产品的腐蚀电位不高，渗氧层偏薄耐腐蚀性能不强；一种是以氧化为主发黑为辅的渗氧剂，其缺点是氧化反应过于剧烈，容易导致产品发红，且外观颜色不够均匀黑亮，因氧化反应过于激烈其造成杂质含量太高，容易造成渗氧剂成分偏析，导致渗氧剂稳定性差。
为此，我们提出一种用于氮碳氧共渗技术的渗氧剂及其制备方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于氮碳氧共渗技术的渗氧剂及其制备方法，克服了现有技术的不足，设计合理，结构紧凑，解决了现有的渗氧剂影响环境或者反应剧烈，导致产品发红，外观不够均匀黑亮的问题，同时氧化反应过于激烈其造成杂质含量太高，容易造成渗氧剂成分偏析，导致渗氧剂稳定性差的问题，本发明中的渗氧剂以硝酸钠、亚硝酸钠、硫酸铈为氧化成分，以氢氧化钠为条件成分，以硫酸铈镧做催化氧化剂，得到品质稳定的环保型渗氧剂配方，使得渗氧剂有足够的氧化功能，同时反应不会过于激烈，工件表面会呈现均匀黑亮，具有很强的实用性。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种用于氮碳氧共渗技术的渗氧剂及其制备方法，包括以下质量分数：
硝酸钠NaNO3，15～21％；
亚硝酸钠NaNO2，45～65％；
氢氧化钠NaOH，12～20％；
硫酸铈Ce(SO4)2，5～15％。
进一步的，所述渗氧剂中硝酸钠：亚硝酸钠＝1：3。
进一步的，氢氧化钠的质量分数不超过20％。
进一步的，还包括硫酸铈Ce(SO4)2，且含硫酸铈Ce(SO4)2的含量为5～15％。
进一步的，一种用于氮碳氧共渗技术的渗氧剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：
分别各个组成成分进行称重，硝酸钠NaNO3，15～21％、亚硝酸钠NaNO2，45～65％，氢氧化钠NaOH，12～20％、硫酸铈Ce(SO4)2，5～15％；
步骤二：将配方成分搅拌均匀，在300～450℃熔炼保温4小时，冷却成块状；
步骤三：粉碎后按指定重量包装。
进一步的，所述渗氧剂的使用温度可为280～450℃。
进一步的，所述渗氧剂中不含有钾离子。
(三)有益效果
本发明实施例提供了一种用于氮碳氧共渗技术的渗氧剂及其制备方法。具备以下有益效果：
1、本发明中的渗氧剂以硝酸钠、亚硝酸钠、硫酸铈为氧化成分、以氢氧化钠为条件成分，以硫酸铈镧做催化氧化剂，得到品质稳定的环保型渗氧剂配方，使得渗氧剂有足够的氧化功能，同时反应不会过于激烈，工件表面会呈现均匀黑亮，具有很强的实用性。
2、本发明中引入了硝酸钠NaNO3，同时渗氧剂中硝酸钠：亚硝酸钠＝1：3，因为在共晶温度下，亚硝酸钠可转变为硝酸钠，且能够氧化掉渗氮剂中微量的有害物质和氰酸根，生产二氧化氮和二氧化碳，没有污染更加环保，也能够在工件表面形成致密的四氧化三铁氧化膜。
3、本发明通过引入硫酸铈Ce(SO4)2，且含硫酸铈Ce(SO4)2的含量为5～15％，硫酸铈Ce(SO4)2不仅在共晶温度下具有氧化性，同时还具有催化渗氧作用，可以保证氧原子在氮碳共渗层中固溶，提高氮碳氧渗层的含氧量和腐蚀电位，提高产品的耐腐蚀性能。
4、氢氧化钠的质量分数不超过20％，一方面不利于循环水处理酸碱中和，另一方面有利于健康的生产环境。
5、加工方式简单。步骤一：分别各个组成成分进行称重，硝酸钠NaNO3，15～21％、亚硝酸钠NaNO2，45～65％，氢氧化钠NaOH，12～20％、硫酸铈Ce(SO4)2，5～15％；步骤二：将配方成分搅拌均匀，在300～450℃熔炼保温4小时，冷却成块状；步骤三：粉碎后按指定重量包装。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种用于氮碳氧共渗技术的渗氧剂及其制备方法，包括以下质量分数：
硝酸钠NaNO3，15～21％；
亚硝酸钠NaNO2，45～65％；
氢氧化钠NaOH，12～20％；
硫酸铈Ce(SO4)2，5～15％。
本发明中，氢氧化钠NaOH和亚硝酸钠NaNO2的作用主要保证产品经渗氧剂处理后，表面形成均匀黑亮的外观，该部分是传统技术，本发明中与传统技术的区别在于引入了硝酸钠NaNO3，同时渗氧剂中硝酸钠：亚硝酸钠＝1：3，因为在共晶温度下，亚硝酸钠可转变为硝酸钠，且能够氧化掉渗氮剂中微量的有害物质和氰酸根，生产二氧化氮和二氧化碳，没有污染更加环保，也能够在工件表面形成致密的四氧化三铁氧化膜。
本实施例中，氢氧化钠的质量分数不超过20％，一方面不利于循环水处理酸碱中和，另一方面有利于健康的生产环境。
本实施例中，还包括硫酸铈Ce(SO4)2，且含硫酸铈Ce(SO4)2的含量为5～15％，硫酸铈Ce(SO4)2不仅在共晶温度下具有氧化性，同时还具有催化渗氧作用，可以保证氧原子在氮碳共渗层中固溶，提高氮碳氧渗层的含氧量和腐蚀电位，提高产品的耐腐蚀性能。
本实施例中，所述渗氧剂中不含有钾离子，渗氧剂配方的钾离子容易造成工件表面渗氧后变红，影响产品效果。
本实施例中，一种用于氮碳氧共渗技术的渗氧剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：
分别各个组成成分进行称重，硝酸钠NaNO3，15～21％、亚硝酸钠NaNO2，45～65％，氢氧化钠NaOH，12～20％、硫酸铈Ce(SO4)2，5～15％；
步骤二：将配方成分搅拌均匀，在300～450℃熔炼保温4小时，冷却成块状；
步骤三：粉碎后按指定重量包装。
本实施例中，所述渗氧剂的使用温度可为280～450℃，在此温度下，渗氧剂的反应效果最佳。
实施例1
使用上述方案中的渗氧剂，渗氧剂熔点220℃，硝酸钠与亚硝酸钠比例为1：3，对经过渗氮剂处理的产品进行渗氧工艺，在氧化温度为430°，氧化时间为30min。获得的产品外观为深黑色，氧化层厚度位1～3um。适用于只做一次氧化的产品，如减震器储油缸等。
实施例2
使用上述方案中的渗氧剂，渗剂熔点240℃，硝酸钠与亚硝酸钠比例为1：3，对经过渗氮剂处理的产品进行渗氧工艺，在氧化温度为430°，氧化时间为30min。获得的产品外观为蓝黑色，氧化层厚度位3～5um。适用于做二次氧化的产品，如减震器工作缸等。
实施例3
使用上述方案中的渗氧剂，渗剂熔点220℃，硝酸钠与亚硝酸钠比例为1：3，对经过渗氮剂处理的产品进行渗氧工艺，在氧化温度为400°，氧化时间为30min。获得的产品外观为深黑色，氧化层厚度位1～3um。适用于做合金钢及不锈钢产品，如40Cr、42CrMo等。
实施例4
使用上述方案中的渗氧剂，渗剂熔点220℃，硝酸钠与亚硝酸钠比例为1：3，对经过渗氮剂处理的产品进行渗氧工艺，在氧化温度为400°，氧化时间为30min。获得的产品外观为深黑色，氧化层厚度位1～3um。适用于做碳钢产品，如45钢等。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (3)
1.一种用于氮碳氧共渗技术的渗氧剂，其特征在于，包括以下质量分数组分：
硝酸钠NaNO3，15～21％；
亚硝酸钠NaNO2，45～65％；
氢氧化钠NaOH，12～20％；
硫酸铈Ce(SO4)2，5～15％；
所述渗氧剂中硝酸钠：亚硝酸钠＝1：3；
上述用于氮碳氧共渗技术的渗氧剂由以下方法制备得到：
步骤一：分别各个组成成分进行称重；
步骤二：将配方成分搅拌均匀，在300～450℃熔炼保温4小时，冷却成块状；
步骤三：粉碎后按指定重量包装。
2.如权利要求1所述的一种用于氮碳氧共渗技术的渗氧剂，其特征在于：所述渗氧剂的使用温度为280～450℃。
3.如权利要求1所述的一种用于氮碳氧共渗技术的渗氧剂，其特征在于：所述渗氧剂中不含有钾离子。
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