[发明专利]一种工件表面强化复合渗氮工艺

说明书

本发明公开了一种工件表面强化复合渗氮工艺，包括渗前调质处理、渗前微加工处理、渗前表面高频淬火处理、渗前微加工处理、工件装箱、控制气氛充入、等离子体渗氮步骤，其中等离子体渗氮温度为480℃‑500℃，保温时间为3h‑4h，控制气氛为甲烷与氨气；工件渗前需用稀盐酸清洗，酒精冲洗，再用吹风机吹干；炉内抽真空约到10MPa后，充入控制气氛并维持工作气压100MPa，待温度升到预定温度时，将工件放入，保温后随炉自然冷却。发明具有渗氮层中白色化合物层连续、均匀、致密、与基体结合牢固、厚度约为7‑13μm，低温复合渗氮工艺科学、合理，成果转化潜力大，主要应用在精密器件表面强化上。

技术领域

本发明涉及一种复合渗氮工艺，具体地说是一种工件表面强化复合渗氮工艺。

背景技术

所谓渗氮就是将材料置于含氮介质的密封容器中，在一定温度下进行保温，活性氮原子吸附到工件表面，并通过扩散使材料表层形成氮化物的工艺过程。工件表面经渗氮处理后，在表面会获得一定厚度的渗氮层，因渗氮层具有高硬度、高耐蚀性、高耐磨性等特点，使渗氮技术得到十分广泛的应用，目前，主要应用在精密器件、矿山机械、工程机械、农业机具等工件表面强化上。

目前，渗氮方法主要包括液体渗氮、离子渗氮、气体渗氮。工业生产中常用的是气体渗氮与离子渗氮。其中，气体渗氮因为其理论简单，操作方便，但由于气体渗氮时间长，若时间控制不恰当，表层形成的渗氮层脆性较大，受到冲击后易剥落，所以限制了其应用范围。近些年，由于国家经济的高速发展，生态文明建设的需求，等离子体渗氮技术受到了广泛的关注。国内外学者主要研究的渗氮技术为离子渗氮和气体渗氮，一般渗氮温度大于500℃，渗氮时间大于14h。国内主要研究的高校有清华大学、山东大学、国防科技大学、西安理工大学、武汉科技大学、佳木斯大学、山东农业大学、山东建筑大学等等高校科研院所。但这样工艺条件下渗氮工艺存在明显的不足：①工件强化处理后变形较大，渗氮层疏松，有脱落现象；②渗氮层中的白色化合物层致密度低；鉴于以上不足，为进一步拓宽渗氮工艺的广泛应用。国内外学者、专家逐步开始探索低温渗硼技术的研究，并在部分工件表面开始试用。

尽可能的降低渗氮温度和提高渗氮速率一直是世界各国热处理专家关心的问题。

低温渗氮工艺一般需要在渗前进行预处理，例如：表面纳米化处理、表面轰击处理、表面形变处理、表面激光处理、表面电场处理等等，渗氮温度控制在300℃-500℃之间，渗氮时间一般大于9h，一般控制气氛为纯氮气、纯氨气。这样的渗氮工艺可以减小工件变形，更多的是降低了渗氮层脆性。特别适用于一些结构复杂、型腔小、精度要求高的工件表面。同时该工艺还具有简单、通用、操作方便等优点，已成为渗氮工艺技术发展的重要组成部分。但现有的低温渗氮工艺存在渗氮层中的白色化合物层较浅（小于等于7μm）、且致密度低的不足。

工件表面低温固体渗氮前的工艺主要通过增加工件表面的扩散通道和降低工件表面氮原子的扩散激活能来提高渗氮速率，这种工件表面渗氮工艺其应用前景非常广阔。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种工件表面渗氮层中白色化合物层相对较深、致密、脆性小、较为连续、均匀，同时减小工件变形的复合渗氮工艺。该工艺科学、合理，成果转化潜力大，实用价值广，主要应用在精密器件表面强化上。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的。一种工件表面强化复合渗氮工艺，包括渗前调质处理、渗前微加工处理、渗前表面高频淬火处理、渗前微加工处理、工件装箱、控制气氛充入、等离子体渗氮步骤，其中等离子体渗氮温度为480℃-500℃，保温时间为3h-4h，控制气氛为甲烷与氨气；工件渗前需用稀盐酸清洗，酒精冲洗，再用吹风机吹干；炉内抽真空约到10MPa后，充入控制气氛并维持工作气压100MPa，待温度升到预定温度时，将工件放入，保温后随炉自然冷却。

低温复合渗氮工艺提高扩散速率的机理分析。