专利名称：用于氮化金属制品的方法和装置的制作方法
技术领域：
本文描述了用于对金属制品或部件进行热处理和/或热化学的扩散表面加工的方法和装置。更具体地，本文描述了用于氮化金属制品，比如但不限于不锈钢和其它高合金钢以及富镍或钴的超合金的方法和装置。
背景技术：
奥氏体不锈钢(SQ由于其抗腐蚀性、抗氧化性和抗热性、韧性以及延展性(甚至在低温下的)而具有很高价值。这些钢含有高水平的铬(Cr)以及镍(Ni)和/或锰(Mn) 以帮助稳定其奥氏体结构。往往在金属表面上形成钝化氧化物膜的高水平的Cr和其它容易氧化的合金添加剂，尤其是Al和Mn，也能够见于许多等级的铁素体/马氏体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化性不锈钢、基于铁的超合金、基于镍的超合金和基于钴的超合金、工具钢、轴承钢和白口铁中。为了改善耐磨性(尤其在容易刮伤的奥氏体SS和超合金中)和在一些情况中提高硬度和耐腐蚀性两者，希望通过氮化处理和硬化表面，所述氮化是在低合金和碳钢领域中经过充分证明的便宜的、热化学扩散过程。不幸的是，在金属表面上形成钝化氧化物膜充当致密的扩散阻挡，从而防止常规钝化。表1比较了铁(Fe)氧化物的形成自由能(Gibbs能)和与常见于不锈钢、工具钢和超合金中的容易氧化的合金化添加剂的氧化物相关的能量进行了比较。所有能量(每个氧和/或金属原子)比和狗氧化物相关的能量更负，这表明有形成钝化的氧化物膜的趋势，这种趋势抑制了常规的最成本有效地使用氨气氛(NH3)的气体氮化。表1 在500°C氧化物形成的自由能
权利要求
1.氮化金属制品以提供经处理的表面的方法，所述金属制品包括选自不锈钢、超合金、 工具钢、轴承钢、铸铁产品或其组合的至少之一，所述方法包括a、将所述金属制品提供在炉子中；b、将包含氮源气体和烃气体的气体气氛引入到所述炉子的入口中，其中所述气体气氛基本不合添加的氧气或含氧源气体，其中所述引入步骤是通过注入所述气体气氛通过电弧活化装置来进行的，所述电弧活化装置包括低功率高电压非脉冲化的AC电弧放电，每秒改变极性50-60次，其中峰-谷电压范围是lkV_12kV，电弧放电电流不超过1安培；和c、在所述气体气氛中在大约350°C-大约1150°C范围的一个或多个氮化温度加热所述金属制品足以提供所述经处理的表面的时间。
2.根据权利要求1的方法，其中所述金属制品包含合金，所述合金包含至少10.5wt% Cr和至少0. 2财％的选自由Mn、Si、Al、V、Nb、Ti、Zr和其组合组成的组的合金化添加剂。
3.根据权利要求1的方法，其中所述氮源气体是选自氮气、氨和其组合的至少之一。
4.根据权利要求1的方法，其中所述烃气体包含选自由如下组成的组的至少之一乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6)、甲烧(CH4)、丙烷(C3H8)、乙炔(C2H2)或其组合。
5.根据权利要求4的方法，其中所述烃气体包含CH4。
6.根据权利要求1的方法，其中所述氮化性气体气氛包含氮气、氨和至少一种烃气体。
7.根据权利要求6的方法，其中在所述氮气-氨-烃气体掺混物中氨对烃气体的摩尔比采用中央处理单元进行控制。
8.用于氮化金属制品的装置，包括位于外部的电弧活化气体注射器，所述电弧活化气体注射器包括高电压非脉冲化的AC 电弧放电，其中极性每秒改变50-60次；其中峰-谷电压范围是lkV-12kV;和其中所述高电压电弧放电的电流不超过1安培。
全文摘要
本文公开了用于氮化金属制品的方法和装置，尤其公开了用于对高度合金化的金属制品进行氮化的方法和装置。在一个实施方案中，所述方法和装置采用在无氧氮化性气体气氛中的至少一个氮源气体比如氮气和/或氨，并少量添加有一种或多种烃。在这一或其它实施方案中，本文描述的方法和装置适用于包含基于铁、镍和钴的合金并且往往在其表面的至少一部分上形成钝化的氧化物膜的金属制品，加热到一定温度并在该温度氮化，无需在先的表面预备。该装置包括外部气体注射器，所述注射器包括50-60Hz AC、高电压/低电流电弧放电电极，对从源通往氮化炉子的所述氮化性气氛物流进行活化。
文档编号C23C8/36GK102260843SQ20111015991
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月24日 优先权日2010年5月24日
发明者X·王, Z·祖尔基 申请人:气体产品与化学公司