CN85100594B - 稀土、碳、氮三元共渗剂及配制方法 - Google Patents
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Abstract
稀土、碳、氮三元共渗剂是用化学热处理的方法在钢件表面进行稀土、碳、氮三元共渗时采用的催化活化剂。采用该渗剂，可以大大提高钢铁表面的耐磨性和抗疲劳强度与原有的碳、氮共渗工艺相比，具有渗速快、工艺性能稳定等优点。本化学渗剂配制方法简单，原料来源丰富，成本低廉。由于采用本化学渗剂，大大缩短了工艺过程所用时间，从而可大大节省了能源，降低生产成本，经济效益显著。
Description
稀土、碳、氮三元共渗化学渗剂是用化学热处理的方法在钢件表面进行稀土、碳、氮三元共渗采用的催化活化剂。
碳氮共渗工艺目前已广泛应用于动力机械、化工机械以及汽车、拖拉机齿轮、轴与轴承等耐磨、耐疲劳零部件的生产。但由于目前所采用常见的碳、氮共渗渗剂，使得该工艺仍然存在着生产周期长、能源消耗大、工艺效果不稳定等缺点。
本发明的目的是要采用化学处理的方法通过固-气界面对金属表面扩渗稀土元素。同时利用稀土元素所特有的化学活性，加速碳、氮共渗过程中扩渗的动力学过程，从而起到对碳氮共渗过程的活化催化作用。
稀土应用于金属材料工业，已经引起国内外的密切关注。稀土加入钢中，可以改善钢的多方面性能。例如对于结构钢，可以显著提高钢的韧塑性。对齿轮钢、轴承钢、弹簧钢。可以显著提高钢的耐磨性能和疲劳强度。此外，对钢的高温性能、抗氧化性能、抗腐蚀性能的改善和提高，均有良好的效果。上述诸方面在生产中已经得到了广泛的应用。
但是，在目前的情况下，稀土的应用，基本上是通过冶金过程实现的。即把稀土元素作为合金元素或变质元素，在熔炼或铸造时加入金属之中。采用化学热处理的方法，通过固-气界面对金属表面扩渗稀土元素，就目前所掌握的资料来看，尚无报道。
从理论上分析，根据金属学中固溶关系的尺寸因素，按钢球模型，稀土的原子半径比铁大25%，是不能渗入钢中的。然而，对于一个存在有H、O、N、C等典型非金属元素的多组元，且能相互作用的复杂体系中，由于原子之间的极化作用，势必导致原子体积的改变。以稀土元素La为例，按其原子的金属共价半径（配位数12）值为1.877，当极化为100%的离子态时，其半径值为1.061，而当离子性程度为60%时，其半径则可减小至1.277，此值与Fe的原子共价半径1.210相近。由此可见，按金属学中刚球模型的尺寸因素来讨论和决定溶剂与溶剂原子的固溶关系，是不确切的和不全面的，而应从已经变化了的尺寸因素，来考虑原子间的扩渗行为和固溶规律。
从热力学的角度来看，由于稀土具有突出的化学活性，它与许多非金属元素自由焓的增量均为较大的负值，化学亲和力较强。据此如能将稀土扩渗于金属表面，则可以作为微合金化的一种活性组元，期望得到与冶金过程相仿的良好作用。稀土扩渗于金属表面可以设想它形成了许多活性中心，而使气相中的C、N元素易于进行吸附并破坏C、N原子在各自化合物中的化学键（如C-H，N-H）从而起到了对C、N共渗过程的催化，活性、和稀土本身的微合金化。
本发明的要点在于配制了一种化学渗剂，该化学渗剂是由普通工业用混合氯化稀土、甲醇、尿素和化学纯甲酰胺、氯化铵等成份组成，以甲醇作为主要溶剂，普通工业用混合氯化稀土如冶金部标准YB1513-77的RecL3-1。
该化学渗剂的配制方法为（1）在1000毫升的甲醇中加入8-20克的混合氯化稀土。（2）在500毫升的甲酰胺中加入10-20克的氯化铵，再加尿素至溶液饱和。（3）将上述与（1）与（2）混溶。
采用本发明所配制的化学渗剂对08钢，GCr15、20CrMrMo、12CrNi3、18CrMnTi等钢进行稀土、碳、氮三元共渗，在其工艺条件与常规的碳氮共渗工艺相近的情况下，在实验室条件下取得了较系统的数据以及提高金属表面性能的良好结果。通过扫描电镜能谱仪测试表明：1、稀土不仅富集于晶界，在晶内也有所发现。从目前稀土在冶金过程的研究中，钢中晶内存在稀土的试验，尚未见报道。这项研究结果，对于稀土在钢中存在的形式以及固溶机理的研究，提供了新的实验数据，具有重要的理论意义和实用价值。2、稀土对表层C、N含量的影响。根据我们对20钢，稀土与C、N共渗后表面0.1mm内剥层试验分析结果表明，稀土可使表层C、N含量有所增加，经离子探针测试，也证实了相同条件下稀土可以提高表层C、N含量，而且N的增加更为显著（上海材料研究所试验报告编号3-306 81年11月13日）。3、稀土对08钢、12CrNi3.18CrMnTi碳氮共渗动力学过程的催化活化有显著的作用。4、对金相组织性能的影响。从试验结果看，对18CrMnTi渗入2h后，即可获得优良的金相组织，细小颗粒，分充均匀;对于12CrNi3明显改善了碳化物的形貌，如不加稀土的表面，表层碳化物沿奥氏体晶界析出，呈不规则的大块状，加稀土后则呈弥散分布。对18CrMnTi经长期共渗，加入稀土的碳化物向内延伸较深。
在性能的测试中，硬度是金相组织的综合反映。试验结果表明，加入稀土后，对碳化物、残余奥氏体、马氏体中含C量，均有所影响，从而导致表层硬度的梯度分布的改变，其耐磨性能有一定提高。
稀土、化学渗剂配制方法简单，所采用的配料来源丰富，成本低廉，稳定性高。采用稀土化学渗剂与原有工艺相比，对于汽车拖拉机齿轮工艺时间缩短25%，接触疲劳性能提高12%以上，从而大大节省了能源，降低生产成本，提高产品质量。具有明显的经济效益。
Claims (5)
1、一种用于在钢铁表面进行稀土、碳、氮三元共渗的渗剂，其特征在于：该三元共渗剂含有甲醇1000毫升，普通工业用混合氯化稀土8-20克，化学纯甲酰胺500毫升、氯化铵10-25克及饱和量尿素。
2、权利要求1所述稀土、碳、氮三元共渗剂的配制方法，其特征在于：
（1）将普通工业用混合氯化稀土溶于甲醇，
（2）将氯化铵溶于甲酰胺、加尿素使溶液饱合，
（3）将（1）与（2）混溶。
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