[发明专利]一种用于中、低碳钢快速微弧渗氮的溶液及渗氮方法

说明书

技术领域

本发明属于中、低碳钢表面处理技术领域，特指一种用于中、低碳钢在室温条件下快速微弧渗氮的溶液。

背景技术

传统的渗氮是在500-700℃加热的条件进行，其目的是通过渗氮提高中、低碳钢表面硬度、耐磨性和疲劳强度，获得所需的综合力学性能用于精密的传动齿轮、主轴等零件。但生产过程中容易引起零件的变形，且提高了成本。专利200710039838与200710024664分别叙述的钢铁渗氮配方和工艺就是这种传统技术。

钢在溶液中快速微弧渗氮是一种新型的钢铁表面改性技术，该技术在特定的电解液中，以被处理钢铁为阴极，惰性材料为阳极，阴阳极之间施加一定的电压，使电解液与钢铁界面上产生电弧放电，形成等离子体的氮活性粒子，这些粒子在电场的作用下快速吸附、渗透到钢铁表层，形成氮化物，实现钢铁表面的强化或改性。该技术制备的渗氮层性能达到甚至超过传统渗氮技术制备的渗氮层的性能，其对实际应用有重要的意义。

发明内容

本发明针对以上的不足，提供一种新型的中、低碳钢在室温条件下快速微弧渗氮的溶液。该溶液与环境兼容性好(电解液为弱碱性溶液)，工作温度要求低(＜50℃)，处理速度快(5-15分钟)，具有处理效率高、节能、环保的特点。本发明处理后零件无变形，无需后处理，渗层硬度可达HV1000-1200，降低了成本，且该溶液适合几乎所有的中、低碳钢在溶液中快速微弧渗氮工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所述中、低碳钢在溶液中快速微弧渗氮溶液组分及各组分的重量百分比为：含氮化合物：30-35％，硝酸盐40-50％，卤化物：10-15％，水：10-15％；所述的含氮化合物尿素或甲酰胺，所述的硝酸盐为硝酸钠或硝酸钾，所述的卤化物为氯化钠或氯化钾，所述的水为蒸馏水或去离子水。

使用上述溶液对中、低碳钢快速微弧渗氮的方法如下：将中碳钢或低碳钢试样放入配制的快速微弧渗氮溶液中，以中碳钢或低碳钢为阴极，石墨为阳极，加电压至220V-300V，处理5-15分钟，即可得到硬度在HV1000-1200的渗氮层。

本发明具有实质性特点和显著进步，本发明开发研究的中、低碳钢在溶液中快速微弧渗氮配方，因溶液为室温，无后处理，处理后零件无变形，简化了处理工序，很好地降低了成本，渗层硬度可达HV1000-1200。

附图说明

图1微弧渗氮层扫描电镜照片

具体实施方式

结合本发明技术方案提供以下实施例：

实施例1

首先在一个10L槽中取2/3的蒸馏水，依次溶解3500g尿素和4000g硝酸钾，等槽中试剂全部溶解之后，将1500g氯化钠在快速搅拌下倒入槽液中，直至完全混合均匀，最后加水至10L，得到电解液，将20钢试样放入配制的快速微弧渗氮溶液中，以20钢为阴极，石墨为阳极，加电压至230V，处理5分钟，即可得到硬度在HV1100以上的渗氮层。图1是微弧渗氮层扫描电镜照片，从图中可以看出氮化物以不同的形状分布在渗氮层上，强化和提高了渗氮层的硬度和强度。

实施例2

首先在一个10L槽中取2/3的去离子水，依次溶解的3000g甲酰胺和5000g硝酸钠，等槽中试剂全部溶解之后，将1000g氯化钾在快速搅拌下倒入槽液中，直至完全混合均匀，最后加水至10L，得到电解液，将45钢试样放入配制的快速微弧渗氮溶液中，以45钢为阴极，石墨为阳极，加电压至220V，处理10分钟，即可得到硬度在HV1100以上的渗氮层。

实施例3

首先在一个15L槽中取2/3的蒸馏水，依次溶解3500g尿素和5000g硝酸钠，等槽中试剂全部溶解之后，将1000g氯化钠在快速搅拌下倒入槽液中，直至完全混合均匀，最后加水至10L，得到电解液，将25钢试样放入配制的快速微弧渗氮溶液中，以25钢为阴极，石墨为阳极，加电压至250V，处理8分钟，即可得到硬度在HV1000以上的渗氮层。