CN112442651A - 一种铁基金属表面分子处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铁基金属表面分子处理方法,属于金属表面处理的技术领域。该方法包括如下步骤:(1)清洗,对铁金属进行清洗;(2)预热处理,将清洗后的铁金属进行预热;(3)氮离子渗入,将铁金属放入N‑A氮离子渗入原材料中进行氮离子渗入;(4)氧离子渗入,将铁金属放入C‑C氧离子渗入原材料中进行氧离子渗入;(5)冷却,将铁金属从氧离子渗入炉取出并放入冷却水中冷却;(6)二次清洗,对铁金属进行二次清洗。本发明解决了现有技术的铁基金属表面处理方法存在的所形成的保护层致密度低、厚度小等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种铁基金属表面分子处理方法,属于金属表面处理的技术领域。
背景技术
表面需要进行高强度摩擦的铁金属,铁金属本身往往无法承受巨大的摩擦力造成的热变形和磨损,因此需要对铁金属进行表面处理;但是,简单的表面处理往往达不到理想的效果,例如材质为HT250的刹车盘,经简单热处理或表面处理后,仍存在制动力不足且不稳定、易磨损、易生锈、易龟裂、使用寿命短等问题。
现有技术申请号为CN201811047055.2的专利文件公开了一种汽车刹车盘表面处理的方法,本发明的方法包括如下步骤:(1)依次采用200目、600目、1800目的砂纸对汽车刹车盘表面进行打磨;(2)对经过步骤(1)打磨处理后的汽车刹车盘表面采用酸洗后再水洗晾干;(3)对进行酸洗并水洗后晾干的汽车刹车盘进行碳氮共渗处理;所述的碳氮共渗处理的具体方法是将酸洗并水洗后晾干的汽车刹车盘置于真空炉中,加热预氧化,炉内压力保持在0.5-0.8Pa,加热温度为300±10℃,加热时间为1—2h,然后升温到420±10℃,启动抽真空装置对炉内抽真空以后,通入二氧化碳和氨气,二氧化碳流量控制在1.1—1.2m3/h,氨气的流量控制在21—24m3/h,进行碳、氮的渗入,渗入时间3—8h;(4)将碳氮共渗后的汽车刹车盘随炉冷却至200℃,然后出炉冷却至室温。
上述参考例和现有技术的铁金属表面处理方法存在所形成的保护层致密度低、厚度小等问题,因此,本发明提供一种铁基金属表面分子处理方法用于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种铁金属表面分子处理方法,其通过氮、氧离子的渗入,在铁金属表面形成耐磨性和抗蚀性很高的化合物层和耐疲劳的扩散层,提高了铁金属摩擦的稳定性,避免了铁金属表面在摩擦过程中产生龟裂,提高使用寿命和耐磨性能。
本发明技术方案如下:
一种铁基金属表面分子处理方法,该方法包括如下步骤:
(1)清洗:对铁金属表面进行清洗,去除表面的油污及杂质;
(2)预热处理:将清洗后的铁金属进行预加热,预加热温度为350~400℃,预热时间为30min;
(3)氮离子渗入:生产前将氮离子渗入炉内N-A氮离子渗入原材料加热至480~550℃成为液态并保温,将预热后的铁金属放入氮离子渗入炉中熔融的N-A氮离子渗入原材料中盐浴进行氮离子渗入,渗入时间为60~120min;
主要化学反应如下:
Na2CO3+2CO(NH2)2====2NaCNO+CO2↑+2NH3↑+H2O↑
4CNO-→CO3 2-+2CN-+CO+2[N]
Fe+[N]→Fe2-3N;
(4)氧离子渗入:生产前将氧离子渗入炉内C-C氧离子渗入原材料加热至350~400℃成为液态并保温(提供碱性反应条件),将氮离子渗入炉中的铁金属取出并放入氧离子渗入炉内熔融的C-C氧离子渗入原材料中,并通入氧气进行氧离子渗入,氧气的流量为20~25m3/h,氧离子渗入时间为15~30min,氧离子渗入氧离子的渗入可去除步骤(3)中产生的氰酸根和氰根,并生成致氮铁化合物,
主要化学反应式如下:
2CN-+O2→2CNO-
4CNO-+3O2→2CO3 2-+2CO2+4[N]
Fe+[N]→Fe2-3N;
(5)冷却:将铁金属从氧离子渗入炉取出并放入冷却水中冷却,直至其完全冷却;
(6)二次清洗:对铁金属表面进行二次清洗,去除表面杂质。
进一步的,所述步骤中的N-A氮离子渗入原材料为碳酸钠、碳酸钾和尿素的混合物。
进一步的,所述N-A氮离子渗入原材料的质量百分比比例为50%的碳酸钠、45%的碳酸钾和5%的尿素。
进一步的,所述步骤中C-C氧离子渗入原材料为碳酸钠和碳酸钾的混合物。
进一步的,所述C-C氧离子渗入原材料的质量百分比比例为55%的碳酸钠和45%的碳酸钾。
进一步的,所述步骤或中所述的预加热指的是放入井式预热炉进行预加热。
进一步的,所述步骤或中所述的清洗为利用水对铁金属清洗10-15min。
本发明具有如下有益效果:本发明通过铁金属盐浴在质量百分比比例为50%的碳酸钠、45%的碳酸钾和5%的尿素混合而成的N-A氮离子渗入原材料进行氮离子渗入,氮离子渗入在工件表面形成耐磨性和抗蚀性很高的化合物层和耐疲劳的扩散层,使摩擦过程中不会产生摩擦力波动,增强摩擦的稳定性和安全性并减少因摩擦产生的噪音,同时增强了工件的耐腐蚀性和耐磨性能,有效避免了使用过程中产生的龟裂,且盐浴使得生成的化合物层和扩散层具有更高的厚度和致密性,进一步增强了化合物层和扩散层的效果;通过氧离子渗入彻底分解工件从氮离子渗入炉带出来的氰酸根,同时在工件表面形成黑色氧化膜,进一步增加防腐能力和耐磨性能。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
实施例1:
一种铁基金属表面分子处理方法,该方法包括如下步骤:
(1)清洗:用水对刹车盘(刹车盘材质为最低抗拉强度为250Mpa的灰铸铁,下同)进行清洗10min,去除表面的油污及杂质;
(2)预热处理:将清洗后的刹车盘进行放入井式预热炉预加热,预加热温度为350℃,预热时间为30min;
(3)氮离子渗入:将氮离子渗入炉内质量百分比比例为50%的碳酸钠、45%的碳酸钾和5%的尿素混合而成的N-A氮离子渗入原材料加热至480℃成为液态并保温,将预热后的刹车盘放入氮离子渗入炉进行氮离子渗入,渗入时间为60min;
(4)氧离子渗入:将氧离子渗入炉内质量百分比比例为55%的碳酸钠和45%的碳酸钾混合而成的C-C氧离子渗入原材料加热至350℃成为液态并保温,将氮离子渗入炉中的刹车盘取出并放入氧离子渗入炉通入氧气进行氧离子渗入,氧气的流量为21m3/h,氧离子渗入时间为15min;
(5)冷却:将刹车盘从氧离子渗入炉取出并放入冷却水中冷却,直至其冷却至室温;
(6)二次清洗:用水对刹车盘进行二次清洗10min,去除表面杂质。
实施例2:
一种铁基金属表面分子处理方法,该方法包括如下步骤:
(1)清洗:用水对刹车盘进行清洗13min,去除表面的油污及杂质;
(2)预热处理:将清洗后的刹车盘进行放入井式预热炉预加热,预加热温度为380℃,预热时间为30min;
(3)氮离子渗入:将氮离子渗入炉内质量百分比比例为50%的碳酸钠、45%的碳酸钾和5%的尿素混合而成的N-A氮离子渗入原材料加热至525℃成为液态并保温,将预热后的刹车盘放入氮离子渗入炉进行氮离子渗入,渗入时间为90min;
(4)氧离子渗入:将氧离子渗入炉内质量百分比比例为55%的碳酸钠和45%的碳酸钾混合而成的C-C氧离子渗入原材料加热至375℃成为液态并保温,将氮离子渗入炉中的刹车盘取出并放入氧离子渗入炉通入氧气进行氧离子渗入,氧气的流量为22.5m3/h,氧离子渗入时间为22.5min;
(5)冷却:将刹车盘从氧离子渗入炉取出并放入冷却水中冷却,直至其冷却至室温;
(6)二次清洗:用水对刹车盘进行二次清洗13min,去除表面杂质。
实施例3:
(1)清洗:用水对刹车盘进行清洗15min,去除表面的油污及杂质;
(2)预热处理:将清洗后的刹车盘进行放入井式预热炉预加热,预加热温度为400℃,预热时间为30min;
(3)氮离子渗入:将氮离子渗入炉内质量百分比比例为50%的碳酸钠、45%的碳酸钾和5%的尿素混合而成的N-A氮离子渗入原材料加热至550℃成为液态并保温,将预热后的刹车盘放入氮离子渗入炉进行氮离子渗入,渗入时间为120min;
(4)氧离子渗入:将氧离子渗入炉内质量百分比比例为55%的碳酸钠和45%的碳酸钾混合而成的C-C氧离子渗入原材料加热至400℃成为液态并保温,将氮离子渗入炉中的刹车盘取出并放入氧离子渗入炉通入氧气进行氧离子渗入,氧气的流量为25m3/h,氧离子渗入时间为30min;
(5)冷却:将刹车盘从氧离子渗入炉取出并放入冷却水中冷却,直至其冷却至室温;
(6)二次清洗:用水对刹车盘进行二次清洗15min,去除表面杂质。
实施例4:
一种铁基金属表面分子处理方法,该方法包括如下步骤:
(1)清洗:用水对45钢进行清洗,去除表面的油污及杂质;
(2)预热处理:将清洗后的45钢进行放入井式预热炉预加热,预加热温度为350~400℃,预热时间为30min;
(3)氮离子渗入:将氮离子渗入炉内质量百分比比例为50%的碳酸钠、45%的碳酸钾和5%的尿素混合而成的N-A氮离子渗入原材料加热至530℃成为液态并保温,将预热后的45钢放入氮离子渗入炉进行氮离子渗入,渗入时间为100min;
(4)氧离子渗入:将氧离子渗入炉内质量百分比比例为55%的碳酸钠和45%的碳酸钾混合而成的C-C氧离子渗入原材料加热至365℃成为液态并保温,将氮离子渗入炉中的45钢取出并放入氧离子渗入炉通入氧气进行氧离子渗入,氧气的流量为22.5m3/h,氧离子渗入时间为25min;
(5)冷却:将45钢从氧离子渗入炉取出并放入冷却水中冷却,直至其冷却至室温;
(6)二次清洗:用水对45钢进行二次清洗13min,去除表面杂质。
实施例5:
一种铁基金属表面分子处理方法,该方法包括如下步骤:
(1)清洗:用水对活塞杆(活塞杆材质为40Cr,下同)进行清洗,去除表面的油污及杂质;
(2)预热处理:将清洗后的活塞杆进行放入井式预热炉预加热,预加热温度为350~400℃,预热时间为30min;
(3)氮离子渗入:将氮离子渗入炉内质量百分比比例为50%的碳酸钠、45%的碳酸钾和5%的尿素混合而成的N-A氮离子渗入原材料加热至535℃成为液态并保温,将预热后的活塞杆放入氮离子渗入炉进行氮离子渗入,渗入时间为95min;
(4)氧离子渗入:将氧离子渗入炉内质量百分比比例为55%的碳酸钠和45%的碳酸钾混合而成的C-C氧离子渗入原材料加热至400℃成为液态并保温,将氮离子渗入炉中的活塞杆取出并放入氧离子渗入炉通入氧气进行氧离子渗入,氧气的流量为23m3/h,氧离子渗入时间为15min;
(5)冷却:将活塞杆从氧离子渗入炉取出并放入冷却水中冷却,直至其冷却至室温;
(6)二次清洗:用水对活塞杆进行二次清洗13min,去除表面杂质。
实施例6:
一种铁基金属表面分子处理方法,该方法包括如下步骤:
(1)清洗:用水对活塞(活塞材质为40CrMo,下同)进行清洗,去除表面的油污及杂质;
(2)预热处理:将清洗后的活塞进行放入井式预热炉预加热,预加热温度为350~400℃,预热时间为30min;
(3)氮离子渗入:将氮离子渗入炉内质量百分比比例为50%的碳酸钠、45%的碳酸钾和5%的尿素混合而成的N-A氮离子渗入原材料加热至550℃成为液态并保温,将预热后的活塞杆放入氮离子渗入炉进行氮离子渗入,渗入时间为120min;
(4)氧离子渗入:将氧离子渗入炉内质量百分比比例为55%的碳酸钠和45%的碳酸钾混合而成的C-C氧离子渗入原材料加热至390℃成为液态并保温,将氮离子渗入炉中的活塞杆取出并放入氧离子渗入炉通入氧气进行氧离子渗入,氧气的流量为20m3/h,氧离子渗入时间为25min;
(5)冷却:将活塞从氧离子渗入炉取出并放入冷却水中冷却,直至其冷却至室温;
(6)二次清洗:用水对活塞进行二次清洗13min,去除表面杂质。
对比实施例1:
汽车刹车盘表面处理的方法,该方法包括如下步骤:
(1)依次采用200目、600目、1800目的砂纸对汽车刹车盘表面进行打磨;
(2)对经过步骤(1)打磨处理后的汽车刹车盘表面采用酸洗后再水洗晾干;
(3)对进行酸洗并水洗后晾干的汽车刹车盘进行碳氮共渗处理;所述的碳氮共渗处理的具体方法是将酸洗并水洗后晾干的汽车刹车盘置于真空炉中,加热预氧化,炉内压力保持在0.5Pa,加热温度为290℃,加热时间为1h,然后升温到410℃,启动抽真空装置对炉内抽真空以后,通入二氧化碳和氨气,二氧化碳流量控制在1.1m3/h,氨气的流量控制在21m3/h,进行碳、氮的渗入,渗入时间3h;
(4)将碳氮共渗后的汽车刹车盘随炉冷却至200℃,然后出炉冷却至室温。
对比实施例2:
汽车刹车盘表面处理的方法,该方法包括如下步骤:
(1)依次采用200目、600目、1800目的砂纸对汽车刹车盘表面进行打磨;
(2)对经过步骤(1)打磨处理后的汽车刹车盘表面采用酸洗后再水洗晾干;
(3)对进行酸洗并水洗后晾干的汽车刹车盘进行碳氮共渗处理;所述的碳氮共渗处理的具体方法是将酸洗并水洗后晾干的汽车刹车盘置于真空炉中,加热预氧化,炉内压力保持在0.8Pa,加热温度为310℃,加热时间为2h,然后升温到430℃,启动抽真空装置对炉内抽真空以后,通入二氧化碳和氨气,二氧化碳流量控制在1.2m3/h,氨气的流量控制在24m3/h,进行碳、氮的渗入,渗入时间8h;
(4)将碳氮共渗后的汽车刹车盘随炉冷却至200℃,然后出炉冷却至室温。
表1数据对比:
从表1可知,经本发明处理后是刹车盘渗氮层厚度得到显著提升,有效提高了刹车盘的耐腐蚀性和耐磨性能。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种铁基金属表面分子处理方法,其特征在于:该方法包括如下步骤:
(1)清洗:对铁金属表面进行清洗,去除表面的油污及杂质;
(2)预热处理:将清洗后的铁金属进行预加热,预加热温度为350~400℃,预热时间为30min;
(3)氮离子渗入:生产前将氮离子渗入炉内N-A氮离子渗入原材料加热至480~550℃成为液态并保温,将预热后的铁金属放入氮离子渗入炉进行氮离子渗入,渗入时间为60~120min;
(4)氧离子渗入:生产前将氧离子渗入炉内C-C氧离子渗入原材料加热至350~400℃成为液态并保温,将氮离子渗入炉中的铁金属取出并放入氧离子渗入炉通入氧气进行氧离子渗入,氧气的流量为20~25m3/h,氧离子渗入时间为15~30min;
(5)冷却:将铁金属从氧离子渗入炉取出并放入冷却水中冷却,直至其完全冷却;
(6)二次清洗:对铁金属表面进行二次清洗,去除表面杂质。
2.根据权利要求1所述的一种铁基金属表面分子处理方法,其特征在于:所述步骤(3)中的N-A氮离子渗入原材料为碳酸钠、碳酸钾和尿素的混合物。
3.根据权利要求2所述的一种铁基金属表面分子处理方法,其特征在于:所述N-A氮离子渗入原材料的质量百分比比例为50%的碳酸钠、45%的碳酸钾和5%的尿素。
4.根据权利要求1所述的一种铁基金属表面分子处理方法,其特征在于:所述步骤(4)中C-C氧离子渗入原材料为碳酸钠和碳酸钾的混合物。
5.根据权利要求4所述的一种铁基金属表面分子处理方法,其特征在于:所述C-C氧离子渗入原材料的质量百分比比例为55%的碳酸钠和45%的碳酸钾。
6.根据权利要求1所述的一种铁基金属表面分子处理方法,其特征在于:所述步骤(2)或(4)中所述的预加热指的是放入井式预热炉进行预加热。
7.根据权利要求1所述的一种铁金属表面分子处理方法,其特征在于:所述步骤(1)或(6)中所述的清洗为利用水对铁金属清洗10-15min。
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