TWI548778B - 不銹鋼表面處理方法及不銹鋼處理系統 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種不銹鋼表面處理方法及不銹鋼處理系統，尤係關於不銹鋼之表面活化及硬化及其處理系統。
不銹鋼耐蝕的原因在於表面有一層緻密且富含氧化鉻的鈍化膜，可以隔絕外界的腐蝕環境，故其腐蝕速率很低，而鉻含量係影響腐蝕速率的關鍵。以18-8沃斯田鐵系不銹鋼為例，其鉻含量有18wt%，因此其耐蝕性優於鉻含量13wt%的肥粒鐵系或麻田散鐵系不銹鋼。
然而，因為氧化鉻鈍化膜結構緻密，所以滲碳或滲氮處理時同樣也會阻礙C、N原子擴散而無法達到滲碳或滲氮的效果，故而去除不銹鋼表面之鈍化膜(活化處理)是不銹鋼可以進行各種後續表面處理(滲碳、滲氮等)的必要條件。
傳統去除不銹鋼表面鈍化膜的方法主要有機械式的噴砂、化學反應活化及電漿、離子活化等。噴砂是直接以物理方式破壞表面的鈍化膜，電漿及離子法是頗有效的處理方式，但是缺點為設備昂貴且無法大量處理，化學反應活化則是目前最常見的做法，包括酸洗、磷化、或利用氫氣在高溫分解氧化鉻等。
關於元素滲透硬化處理方面，傳統氣體滲碳作業是直接把甲醇(木精)滴到高溫(900℃以上)滲碳爐中使其快速分解出滲碳氣體一氧化碳(CO)及氫氣(H2)，或把富含一氧化碳(CO)及氫氣(H2)的吸熱型氣體通入滲碳爐中實施滲碳處理。
傳統的滲氮法有氣體、鹽浴、電漿等方法，鹽浴滲氮法(Salt-bath nitriding)因為使用的滲氮液體為氰化鹽和氰酸鹽，較容易產生污染及安全上的問題，而目前較成熟的電漿滲氮(Plasma nitriding)，因為設備昂貴、對工件形狀尺寸要求較嚴苛且無法大量生產，只適合用來處理關鍵性零組件，對於像沃斯田鐵系不銹鋼產品，例如不銹鋼機殼、管線接頭、螺栓、螺帽、墊片等，此等需大量生產的產品，較不符合實際經濟效益。
不銹鋼因含有多量的鉻元素，若以傳統的高溫滲碳法或滲氮法實施表面硬化處理，很容易析出鉻的碳化物或氮化物而導致耐蝕性的降低，因此有需要開發一種不損害耐蝕性且產能大、成本低的不銹鋼表面處理方法及不銹鋼處理系統。
本發明提供一種不銹鋼表面處理方法，其係用以活化不銹鋼表面，該處理方法係包括將表面具有鈍化膜之不銹鋼置於一溫度維持在450至650℃且含水蒸氣及鹽酸蒸氣之加熱爐中，加熱5至10分鐘以移除該鈍化膜，並於該經移除鈍化膜之不銹鋼表面形成貧鉻層。
於本發明之一具體實施例中，該加熱爐係連通至裝有鹽酸水溶液之鹽酸容器，且該鹽酸容器復連通至充有氮氣或惰性氣體的氣瓶。
本發明之不銹鋼表面處理方法，復可包括對該形成有貧鉻層之不銹鋼施以滲碳處理或滲氮處理。
於一具體實施例中，該滲碳處理係於較低溫度下進行，係包括將表面具有貧鉻層之不銹鋼置於一溫度維持在400至600℃且含有滲碳性爐氣之加熱爐中進行低溫滲碳處理，其中，該滲碳性氣體係由氮氣或其他惰性氣體攜帶有機液蒸氣，經高溫分解該有機液蒸氣得到，並將該滲碳性氣體通入該加熱爐中。
於另一具體實施例中，該滲氮處理係於較低溫度下進行，係包括將表面具有貧鉻層之不銹鋼置於一溫度維持在300至500℃且含有滲氮性氣體之加熱爐中進行低溫滲氮處理，其中，該滲氮性氣體係由預分解氨氣後而得，所獲得之該滲氮性氣體係通入該加熱爐中。
於另一態樣中，本發明係提供一種不銹鋼活化處理系統，係包括加熱爐，係用以加熱該不銹鋼；鹽酸容器，係連通至該加熱爐，且該鹽酸容器係裝有鹽酸水溶液；以及充有氮氣或惰性氣體的氣瓶，係連通至該鹽酸容器，其中，該氮氣或惰性氣體係用以將該鹽酸容器內之水蒸氣及鹽酸蒸氣帶入該加熱爐中。
又，本發明係提供一種不銹鋼滲碳系統，係包括加熱爐，係用以加熱該不銹鋼；分解爐，係位於該加熱爐之上游並連通至該加熱爐；有機液容器，係位於該分解爐之上游並連通至該分解爐，且該有機液容器係裝有有機液；以及充有氮氣或惰性氣體的氣瓶，係位於該有機液容器之上游並連通至該有機液容器，其中，該氮氣或惰性氣體係用以將該有機液蒸氣帶入該分解爐，俾分解該有機液蒸氣得到滲碳性氣體，以供送入該加熱爐。
又，本發明係提供一種不銹鋼滲氮系統，係包括加熱爐，係用以加熱該不銹鋼；分解爐，係位於該加熱爐之上游並連通至該加熱爐；以及充有氨氣的氣瓶，係位於分解爐上游並連通至分解爐。
經過本發明表面活化處理之不銹鋼，活化效率和泛用性遠高於一般常見之活化方法，而且在大氣中放置多天後還能夠實施低溫滲碳或滲氮處理，不僅製程、設備簡單，更可以大量生產，此種可以分開進行活化前處理和硬化後處理的優勢，有利於目前工業界實際生產流程的安排。
10‧‧‧活化處理系統
101‧‧‧加熱爐
102‧‧‧鹽酸容器
102a‧‧‧鹽酸水溶液
103‧‧‧流量計
104‧‧‧閥
105‧‧‧氣瓶
106、107‧‧‧管路
11‧‧‧不銹鋼
20‧‧‧滲碳系統
201‧‧‧加熱爐
202‧‧‧腔室
203‧‧‧分解爐
204‧‧‧有機液容器
204a‧‧‧有機液
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206‧‧‧閥
207‧‧‧氣瓶
208、209‧‧‧管路
21‧‧‧不銹鋼
30‧‧‧滲氮系統
301‧‧‧加熱爐
302‧‧‧分解爐
303‧‧‧流量計
304‧‧‧閥
305‧‧‧氣瓶
306、307‧‧‧管路
31‧‧‧不銹鋼
第1圖係顯示活化處理系統之示意圖；第2圖係顯示滲碳系統之示意圖；第3圖係顯示滲氮系統之示意圖；第4圖係顯示AISI 316L不銹鋼經理想活化(560℃×10min)後產生貧鉻層的表面形貌；第5圖係顯示AISI 316L不銹鋼活化不完全(500℃×10min)殘留Cr2O3氧化膜的表面形貌；第6圖係顯示AISI 316L不銹鋼經低溫長時間活化(450℃×20min)後表面孔蝕的情形；第7圖係顯示AISI 316L不銹鋼過度活化(650℃×10min)產生氧化鐵及尖晶石後的表面形貌；第8圖係顯示AISI 316L不銹鋼過度活化後表面所生成的尖晶石之放大圖；第9圖係顯示AISI 316L不銹鋼活化處理完於不同環境放置2
天後再進行430℃×20小時低溫滲氮處理，表面所生成的滲氮層厚度之比較：(a)在水中保存2天、(b)在氮氣中保存2天、(c)在空氣中保存2天；第10圖係顯示AISI 316L不銹鋼於不同溫度(350℃、430℃、460℃)滲氮100小時後之表層硬度分佈；第11圖係顯示AISI 316L不銹鋼在不同溫度(350℃、430℃、460℃)滲氮100小時後(B、C、D)與原材(A)的耐磨耗性比較；第12圖係顯示AISI 316L不銹鋼經滲氮後(B、C、D、E)與原材(A)的耐蝕性比較；第13圖係顯示AISI 316L不銹鋼經適當預分解的氨氣滲氮(B)及未預分解的氨氣直接滲氮(C)後與原材(A)的耐蝕性比較；第14圖係顯示AISI 316不銹鋼在470℃滲碳不同時間(20、60、100hr)後之表層硬度分佈；第15圖係顯示AISI 316不銹鋼經470℃滲碳20小時(B)及520℃滲碳20小時(C)後與原材(A)的耐磨耗性比較；以及第16圖係顯示AISI 316不銹鋼經470℃滲碳20小時(B)及520℃滲碳20小時(C)後，與原材(A)的耐蝕性比較。
以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。
本發明的實施方式係首先把鋼料加工成適當尺寸，加工好的試片必須經過前處理，才能進行後續的程序，其中，本發明適用的不銹鋼或不銹鋼試片並無特別限定，其可為，但不限於沃斯田
鐵系不銹鋼，並可選自例如AISI 316L不銹鋼、AISI 316不銹鋼、AISI 304L不銹鋼、AISI 304不銹鋼等。另外，通常該試片的形狀有兩種，一種為由圓桿所切下來的圓形試片，另一種則由平板所切取的方形試片。圓形試片的製作方法是把不銹鋼圓棒利用砂輪切割機，切割成一片一片同樣厚度之圓片，再於其上鑽一小孔以便於懸掛試片，方形試片則是把大面積的板材(厚度和圓形試片相同)，裁切成適當大小的試片。
本發明之不銹鋼表面活化處理方法，係包括將表面具有鈍化膜之不銹鋼置於一溫度維持在450至650℃且含水蒸氣及鹽酸蒸氣之加熱爐中，加熱5至10分鐘以移除該鈍化膜，並於該經移除鈍化膜之不銹鋼表面形成貧鉻層。
於具體實施例中，該加熱爐係連通至裝有鹽酸水溶液之鹽酸容器，且該鹽酸容器復連通至充有氮氣或惰性氣體的氣瓶。該氮氣或惰性氣體係做為載體氣體；另一方面，該惰性氣體包含氦、氖、氬、氪、氙及氡。
本發明使用的表面活化原理有別於一般的噴砂、酸洗、電漿活化、離子活化，反而是利用對不銹鋼而言本為不良組織的貧鉻層來活化不銹鋼表面，不僅製程簡單而且在短時間內即可完成，經表面活化後的工件，更可以在普通大氣中保存一段時間而表面不再生成緻密的氧化膜，可以達成活化處理後不必立刻滲碳或滲氮的優點，有利於目前工業上生產流程的安排。不銹鋼表面氧化層中的氧化鐵易和鹽酸氣體(HCl)反應生成氯化物而揮發，所以處理的關鍵在於氧化鉻的去除，氧化鉻難溶於氧化性的酸類(硫酸、硝酸)，故本實驗選用還原性的鹽酸來進行活化處理，又因為單純
使用鹽酸氣體並不能有效的溶解氧化鉻，所以本活化處理使用的方法為在450至650℃時通入鹽酸蒸氣來去除不銹鋼表面的鈍化膜。
本發明利用鹽酸蒸氣在高溫下溶解氧化膜，其主要的機制為鹽酸氣和水蒸氣對氧化鉻的化學反應。
又，本發明之活化處理，其加熱和鹽酸蒸氣反應是同時進行的，最大的優點是可以加快反應速率而縮短活化處理的時間。再者，活化溫度太高或時間太長，鹽酸蒸氣腐蝕太深就會和基材表面貧鉻區反應，而產生大量的氧化鐵和尖晶石。
根據本發明之不銹鋼表面處理方法，復包括對該形成有貧鉻層之不銹鋼施以滲碳處理或滲氮處理。
於一具體實施例中，該滲碳處理係包括將表面具有貧鉻層之不銹鋼置於一溫度維持在400至600℃，且含有滲碳性爐氣之加熱爐中進行滲碳處理，其中，該滲碳性氣體係由氮氣或其他惰性氣體攜帶有機液蒸氣，經分解該有機液蒸氣得到該滲碳性氣體，並將該滲碳性氣體通入該加熱爐中。
於上述實施例中，該有機液係選自下列化合物，但非限制其化合物範圍，例如木精(甲醇)、酒精(乙醇)、丙酮、或乙酸甲酯。
於一具體實施例中，該有機液係使用木精，滲碳溫度為470℃，滲碳時間為20小時，而不銹鋼採用AISI 316。
於另一具體實施例中，該滲氮處理係包括將表面具有貧鉻層之不銹鋼置於一溫度維持在300至500℃，且含有滲氮性氣體之加熱爐中進行滲氮處理，其中，該滲氮性氣體係由預分解氨氣後而得，所獲得之該滲氮性氣體係通入該加熱爐中。
於一具體實施例中，氨氣的預分解溫度為750℃，而不銹鋼採用AISI 316L，滲氮溫度為430℃，滲氮時間為20小時。
於另一態樣中，本發明係提供一種不銹鋼活化處理系統10，如第1圖所示，係包括加熱爐101，係用以加熱該不銹鋼11；鹽酸容器102，係連通至該加熱爐101，且該鹽酸容器係裝有鹽酸水溶液102a；以及充有氮氣或惰性氣體的氣瓶105，係連通至該鹽酸容器102。
於一具體實施例中，該不銹鋼活化處理系統10復包括閥104，作為該氮氣或惰性氣體的氣瓶105之開關，經由管路107流至流量計103，控制氮氣或惰性氣體流入該鹽酸容器102中，另外，管路106係用以將該鹽酸水溶液102a之蒸氣連通至該加熱爐101。
於一具體實施例中，以該不銹鋼活化處理系統10實施不銹鋼的表面活化處理，由於有貧鉻層的生成，其活化效率和實用性遠高於一般的活化方法。
又，本發明之一具體實施例中，係提供一種不銹鋼滲碳系統20，如第2圖所示，係包括加熱爐201，係用以加熱該不銹鋼21；分解爐203，係位於該加熱爐之上游並連通至該加熱爐201；有機液容器204，係位於該分解爐203之上游並連通至該分解爐203，且該有機液容器204係裝有有機液204a；以及充有氮氣或惰性氣體的氣瓶207，係位於該有機液容器204之上游並連通至該有機液容器204，其中，該氮氣或惰性氣體係用以將該有機液204a蒸氣帶入該分解爐203，俾分解該有機液204a蒸氣得到滲碳性氣體，以供送入該加熱爐201。
於一具體實施例中，該不銹鋼滲碳系統20復包括閥206，做為該氮氣或惰性氣體的氣瓶207之開關，經由管路209流至流量計205，控制氮氣或惰性氣體流入該有機液容器204中，另外，管路208將該有機液204a之蒸氣通至該分解爐203中，腔室202係連通該分解爐203與該加熱爐201。
於一具體實施例中，以該不銹鋼滲碳系統20實施低溫滲碳處理，能顯著節省有機液的消耗，並減少爐內的積碳。
本發明另提供一種不銹鋼滲氮系統30，如第3圖所示，係包括加熱爐301，係用以加熱該不銹鋼31；分解爐302，係位於該加熱爐301之上游並連通至該加熱爐301；以及充有氨氣的氣瓶305，係位於該分解爐302上游並連通至該分解爐302，其中，該氨氣經該分解爐302部份分解後，送入該加熱爐301。
於一具體實施例中，該不銹鋼滲氮系統30復包括閥304，做為該氨氣的氣瓶305之開關，氨氣流至流量計303，控制氨氣流量經由管路307流入該分解爐302，另外，該分解爐302係經由管路306連通至該加熱爐301。
於一具體實施例中，以該不銹鋼滲氮系統30實施低溫滲氮處理，可經由控制分解爐的溫度來控制氨氣的分解率，進而控制滲氮氣體的氮勢，有效改善滲氮層的耐蝕性。
首先，利用空氣做為載體氣體，並令其通過鹽酸溶液，以得到含有鹽酸蒸氣的活化氣氛，而鹽酸正是活化處理時能夠溶解不
銹鋼表面鈍化膜的主要反應物質。
測試例2至4分別以上述測試例1之方式測試，其中，載體氣體及活化結果如表1所示：
由測試結果可知，使用惰性氣體和氮氣做為載體氣體皆具有活化效果，但不銹鋼在含氧量較低的氣氛中活化時，活化效果較佳，因為表面較不會產生氧化鐵，同時因高溫聚集在表面的鉻和氧化鉻也會和鹽酸氣反應而去除，達到不銹鋼表面活化的目的；反之，不銹鋼在高含氧的氣氛中活化時，表面容易產生藍色的緻密氧化鐵(Fe3O4)，增加了鹽酸溶解氧化膜的難度。是以，加熱爐中氣氛含氧百分比越低越好，例如可低於0.005%，甚至低於0.0005%更佳。
另外，活化處理時氣體的流速控制在7至15cm/min之間，適當的流速可以使活化氣體平均分佈在不銹鋼試片表面，而且加熱爐內也可以維持正壓環境，防止外界空氣滲入。
於測試例5至8中，採用測試例4之方法，將高純度氮氣和鹽酸蒸氣做為活化氣體(含氧0.0005%)，改變活化處理的溫度，並在該溫度下找出最適合的活化時間，其結果如表2所示：
經由電子微探儀(EPMA)分析測試例結果得知，最適合AISI 316L不銹鋼之活化處理條件為在溫度560℃下活化10分鐘，活化後可以去除大部份的氧化膜，露出表面的貧鉻區，如第4圖所示。如果活化溫度為500℃，活化處理時無法完全去除表面的氧化鉻，尚會留下部分的氧化膜，如第5圖所示。在較低溫度下(例如450℃)，必需要加長時間才能有一定的活化效果，而活化時間過長將會使不銹鋼表面產生孔蝕的現象，如第6圖所示，此時活化完之不銹鋼經超音波震洗後的顏色為淺黃色且可以看到明顯的黑點。若活化溫度在600℃以上，將因為溫度過高，造成過度活化，不銹鋼表面產生大量的氧化鐵(Fe2O3、Fe3O4)和尖晶石化合物(FeCr2O4)，
如第7至8圖所示，因為這些化合物和不銹鋼的結合力較強，尚須要利用超音波酸洗才能去除。
將AISI 316L不銹鋼以測試例4及測試例6的條件實施活化處理和去離子水震洗(以下簡稱理想活化)後，在水中放置2天再進行低溫滲氮。
滲氮處理條件係將不銹鋼試片置於430℃且通入有分解氨氣之滲氮性氣體，進行20小時的低溫滲氮處理。
同樣地，測試例10至11亦分別以測試例9之步驟進行，其中，活化處理後之試片保存環境及滲氮結果如表3所示：
如第9圖所示，各圖中間薄灰白色的帶狀區為滲氮層，發現放置於三種不同環境下的不銹鋼試片，均得到相同的滲氮層厚度，顯示了不銹鋼經過活化處理後所產生的貧鉻層，在室溫時無法獲得來自不銹鋼之鉻元素的擴散補充，其化學成份組成經過長時間後並不會改變，還是維持低鉻含量的狀態，以致於經過長時
間的放置後，活化完的不銹鋼表面仍然不會生成緻密的氧化層，而維持可以滲氮的表面狀態。
利用產生貧鉻層的表面活化效果，能夠讓經活化處理後之不銹鋼在普通大氣中放置一段時間再進行滲氮處理，這種前處理與滲氮處理可以分開進行的處理方式，有利於實際生產流程的安排，非常符合目前工業上的需求。
此部份之不銹鋼之滲氮處理的步驟如下：
將加工成圓板的AISI 316L不銹鋼試片，在金相研磨機上研磨，利用不同號數的砂紙來達到不同的表面粗糙度，並確認各滲氮用試片之表面粗糙度及磨痕方向均相同。
經過研磨處理後的試片，放置於大氣中一天的時間，使其表面生成完整的氧化膜，達到不銹鋼在普通環境下標準的耐蝕狀態，以重現工業上實際之情況，再將試片放入活化處理設備之加熱爐中，加熱爐溫度設定為560℃，並通入活化氣體(流速15cm/min)，保持時間10分鐘，在加熱時須不時轉動試片以均勻去除不銹鋼試片表面之鈍化膜，達到表面活化的效果。
利用超音波震洗的方式來清潔試片表面，以免殘留的鹽酸在接下來的長時間低溫滲氮過程中腐蝕試片表面，使用的清洗液體為去離子水，而不用酒精或丙酮。
不同測試之例子中，將滲氮設備之加熱爐的溫度分別調整為350℃、430℃、460℃及550℃，待溫度穩定後通入氨氣(流速15cm/min)，等待30分鐘以完全排出爐內的空氣並穩定爐內氣體的組成，接著將活化處理完的試片放入加熱爐中加熱以進行滲氮反應，滲氮完畢以爐冷的方式冷卻試片。
硬度分析方面，選用維克氏微硬度試驗機做為硬度量測的工具，所施加的荷重選用0.01kgf。維克氏硬度試驗機是利用頂角136度的鑽石方錐做為壓痕器，利用所得的壓痕面積與所施加的荷重來計算硬度值。
不銹鋼在不同溫度經100小時滲氮後之表層硬度分佈曲線，如第10圖所示，除了滲氮層最表面因為產生氮化物，而使硬度有下降的現象外，可看出當滲氮溫度為350℃、430℃、460℃時，滲氮層最高硬度依序為700HV0.01、1250HV0.01、1300HV0.01，滲氮層硬度均隨著滲氮溫度的上升而增加。
耐磨耗方面，實驗採用圓形滲氮試片的圓弧面對圓盤的相對滑動來進行磨耗試驗，將圓板試片固定在夾具上，調整角度使它和對磨盤水平接觸，對磨盤的材質為經過熱處理後的AISI 52100軸承鋼，硬度約為800HV0.3。
AISI 316L不銹鋼原材以及在350℃、430℃、460℃溫度下滲氮100小時後的滲氮材，在荷重1公斤下磨耗2公里後之磨耗量比較，如第11圖所示，可以看到滲氮材之磨耗量均遠小於原材，此表示低溫滲氮材的耐磨性均有顯著提升，與原材相比，耐磨性
增加了百倍以上。
耐腐蝕方面，試驗前先以精密天平量測未腐蝕前試片的重量，然後將滲氮後之試片與原材試片浸泡於濃度36%的工業用鹽酸中，為了保持一定的試驗溫度，將盛裝鹽酸的容器放置於恆溫槽中，使其溫度維持於25℃，經過一定時間後取出試片以超音波震洗，最後量測試片因為腐蝕而損失的重量，並與原材做比較。
AISI 316L不銹鋼經350℃、430℃、460℃、550℃之滲氮後，在溫度25℃濃度36%的鹽酸中浸泡20分鐘的腐蝕量比較，如第12圖所示。由圖可知，滲氮材之腐蝕量會隨著滲氮溫度的升高而增加。而傳統氮化溫度550℃之滲氮層則因為表面產生大量氮化物而使耐蝕性大幅下降，其在鹽酸中的腐蝕量更是無氮化物析出之430℃滲氮層的6倍。
由上可知，氮化物析出是造成氮化層耐蝕性下降的主因。因此若將氨氣先經過適當溫度預分解，再送入滲氮爐中，當可降低其氮勢(Nitrogen potential)而減少氮化物的析出，進而達到提升滲氮層之耐蝕性的效果。AISI 316L不銹鋼經適當預分解的氨氣滲氮及未預分解的氨氣直接滲氮後與原材的耐蝕性比較，如第13圖所示，其中，腐蝕液鹽酸的溫度為25℃、濃度36%，腐蝕時間為20分鐘，可以看出氨氣先經750℃預分解後再滲氮所得到的滲氮層(B)，其耐蝕性為直接滲氮者(C)的3倍，且與原材(A)不相上下。由此可知，氨氣的預先分解處理對於改善低溫滲氮層的耐蝕性有顯著的效果。
表面經過活化處理後的試片，即可進行滲碳處理，活化處理的方法與滲氮試片相同。本實施例係利用木精液體所自然揮發出來的木精蒸氣進行滲碳，實驗後發現沃斯田鐵系不銹鋼在進行低溫滲碳時只需利用極低濃度的木精氣體即可達到良好的滲碳效果。
AISI 316不銹鋼實施理想活化處理後，再經470℃滲碳20小時、60小時、100小時後之表層硬度分佈如第14圖所示，可以看到滲碳後之不銹鋼表面硬度隨滲碳時間之增長而高升，最高硬度可以達到基材的4倍左右(約1000HV0.01)，而且其硬度分佈由表面往心部呈現出平滑遞減的趨勢，此表示硬化層與基材間的結合性良好，不像一般硬質膜被覆(例如陶瓷被覆等)硬化層與基材之硬度有極大落差，容易因為外力而產生硬化層剝離的現象。
耐磨性方面，先將AISI 316不銹鋼實施理想活化處理後，再於470℃、520℃滲碳20小時，所得到之滲碳材與原材的磨耗試驗結果如第15圖所示。其中，磨耗試驗的荷重為0.4公斤，滑動距離為1公里，圖中顯示經低溫滲碳後的不銹鋼(B、C)均呈現出優異的耐磨耗能力，與原材(A)相較之下，470℃×20hr滲碳材的耐磨性約為原材的600倍，而520℃×20hr滲碳材的耐磨性甚至達到了原材的1000倍左右。
耐蝕性方面，傳統滲碳是利用高溫(900℃以上)使碳元素固溶後進行淬火得到高硬度麻田散鐵組織，此法對麻田散鐵系不銹鋼
而言，會顯著降低其耐蝕性。低溫滲碳則是利用沃斯田鐵溶碳過飽和的特性，在低溫(500℃左右)將大量碳原子插入到沃斯田鐵晶格中，使其形成含碳過飽和固溶體，此方法可以在不降低原材耐蝕性之前提下實施表面硬化處理。如第16圖所示，AISI 316不銹鋼之低溫滲碳材(B、C)在溫度40℃、濃度為36%的鹽酸中腐蝕2.5小時後，其腐蝕量均相近於原材(A)，而在較低溫度(470℃)下滲碳後之滲碳材(B)的耐蝕性甚至優於原材(A)。
綜上所述，本發明之不銹鋼表面活化處理方法的特點為經過理想活化處理加超音波震洗後之沃斯田鐵系不銹鋼，在大氣中放置多天後還能夠實施低溫滲碳或滲氮處理，此種活化和滲碳或滲氮可以分開進行的處理方式，有利於目前工業界實際生產流程的安排。
上述實施例係用以例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
10‧‧‧活化處理系統
101‧‧‧加熱爐
102‧‧‧鹽酸容器
102a‧‧‧鹽酸水溶液
103‧‧‧流量計
104‧‧‧閥
105‧‧‧氣瓶
106、107‧‧‧管路
11‧‧‧不銹鋼
Claims (7)
- 一種不銹鋼表面處理方法，包括：將表面具有鈍化膜之不銹鋼置於一溫度維持在450至650℃且含水蒸氣及鹽酸蒸氣之加熱爐中，加熱5至10分鐘以移除該鈍化膜，並於該經移除鈍化膜之不銹鋼表面形成貧鉻層，其中，該加熱爐係連通至裝有鹽酸水溶液之鹽酸容器，且該鹽酸容器復連通至充有氮氣或惰性氣體的氣瓶。
- 如申請專利範圍第1項所述之不銹鋼表面處理方法，其中，復包括對該形成有貧鉻層之不銹鋼施以滲碳處理或滲氮處理。
- 如申請專利範圍第2項所述之不銹鋼表面處理方法，其中，該滲碳處理係包括：將表面具有貧鉻層之不銹鋼置於一溫度維持在400至600℃且含有滲碳性氣體之加熱爐中進行滲碳處理，其中，該滲碳性氣體係由氮氣或其他惰性氣體攜帶有機液蒸氣，經分解該有機液蒸氣得到該滲碳性氣體，並將該滲碳性氣體通入該加熱爐中。
- 如申請專利範圍第2項所述之不銹鋼表面處理方法，其中，該滲氮處理係包括：將表面具有貧鉻層之不銹鋼置於一溫度維持在300至500℃且含有滲氮性氣體之加熱爐中進行滲氮處理，其中，該滲氮性氣體係由預分解氨氣後而得，所獲得之該滲氮性氣體係通入該加熱爐中。
- 一種不銹鋼表面活化處理系統，包括：加熱爐，係用以加熱該不銹鋼； 鹽酸容器，係連通至該加熱爐，且該鹽酸容器係裝有鹽酸水溶液；以及充有氮氣或惰性氣體的氣瓶，係連通至該鹽酸容器，其中，該氮氣或惰性氣體係用以將該鹽酸容器內之水蒸氣及鹽酸蒸氣帶入該加熱爐中。
- 一種不銹鋼滲碳系統，包括：加熱爐，係用以加熱該不銹鋼；分解爐，係位於該加熱爐之上游並連通至該加熱爐；有機液容器，係位於該分解爐之上游並連通至該分解爐，且該有機液容器內裝有有機液；以及充有氮氣或惰性氣體的氣瓶，係位於該有機液容器之上游並連通至該有機液容器，其中，該氮氣或惰性氣體係用以將該有機液蒸氣帶入該分解爐，俾分解該有機液蒸氣得到滲碳性氣體，以供送入該加熱爐。
- 一種不銹鋼滲氮系統，包括：加熱爐，係用以加熱該不銹鋼；分解爐，係位於該加熱爐之上游並連通至該加熱爐；以及充有氨氣的氣瓶，係位於該分解爐上游並連通至該分解爐，且該充有氨氣的氣瓶係僅藉該分解爐連通至該加熱爐。
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