专利名称：固液稀土化学热处理催渗剂及配制方法
技术领域：
本发明涉及固态或液态稀土化学热处理催渗剂及配制方法。
稀土化学热处理是最近几年由发明人等开拓出来的稀土应用的新领域，它包括稀土在渗碳、碳氮共渗、氮碳共渗(即软氮化)等工艺过程中的应用，还包括在渗金属如硼、钒、硅、铬、铬铝、钒硼等工艺过程中的应用。稀土在上述化学热处理过程中起着两方面的重要作用，其一是活化催渗作用，例如在渗碳、碳氮共渗中能提高渗速;其二是微合金化作用，在渗入的过程中稀土元素本身亦被渗入到了钢件的表面，可以改善渗入表层的金相组织和性能，例如在渗碳或碳氮共渗过程中，可使渗入表层的碳氮浓度提高，碳化物数量增多并且细化，从而使耐磨性、抗腐蚀性、疲劳与接触疲劳强度提高。
同样在渗硼、渗铬、硼钒、铬铝共渗中亦起着类似作用。因而稀土在化学热处理领域中的应用，具有十分广阔的前景。
在现有技术中，稀土催渗剂中的稀土元素一般采用的混合氯化稀土，羧酸稀土或环烷稀土，如中国专利85100594和87101329中公开的内容，利用上述形式的稀土制作的催渗剂，其催渗效果比较明显，一般可提高渗速15-25%，但由于稀土元素本身在催渗过程中渗入钢件表面的数量不大，其微合金化的效果并不理想，一般可用钢件的抗拉强度来从侧面反映微合金化效果的好坏，例如，用混合氯化稀土配制的稀土渗剂对20号钢进行渗碳后淬火并在150℃回火，其抗拉强度σb＝112kg/mm2。
本发明的目的在于提供一种固态或液态的化学热处理稀土催渗剂及配制方法，利用该催渗剂，不仅可以获得较高的催渗效果，亦可获得较好的微合金化效果。
本发明的要点如下1、固态稀土催渗剂的成份比例为氯化La或Ce稀土盐10-40%，碳酸钠和碳酸钡50-60%，尿素10-20%，醋酸钠15-20%，其中氯化La或Ce亦可用混合的及单质的La和Ce的氟化盐、硝酸盐或碳酸盐替代，当用于固体碳氮共渗时，另加黄血盐20-30%，其配制方法为用糖浆，淀粉做粘合剂与上述成份均匀混合后挤压成4-8毫米颗粒。
2、液态稀土催渗剂的成份为甲醇1000毫升中加入氯化La或Ce5-80克，其中，氯化La或Ce亦可用其它可溶于醇类的，混合的或单质La或Ce的氟化盐、硝酸盐或碳酸盐替代，溶剂甲醇亦可用乙醇或异丙醇来替代。
液态稀土催渗剂的成份除上述外还可另加氯化铵3-8克，尿素5-200克。
本发明提出的固液稀土催渗剂适用于1)固体稀土催渗剂适用于固体渗碳及碳氮共渗。
2)液体稀土催渗剂适用于滴注式气体稀土高、中温渗碳(RE-C)、稀土中温碳氮共渗(RE-C、N)、稀土低温氮碳共渗(即软氮化RE-N、C)、中低温稀土碳氮硼(RE-C、N、B)以及低温稀土氮碳硼硫(RE-C、N、B、S)等工艺。
本发明的固液稀土催渗剂中所用的如下稀土均是有效的包括单质La和Ce的稀土氯化物;混合稀土及单质La和Ce的氟化物;混合稀土及单质La和Ce的硝酸盐;以及混合稀土及单质La和Ce的碳酸盐等。这些化合物均可溶入甲醇、乙醇、异丙醇等醇类。
根据固体渗碳及滴注式气体多元共渗(RE、C、N、B、S等)工艺的不同要求配制成不同的稀土催渗剂。本发明的稀土催渗剂系通用型，所谓通用型是指原来的工艺参数、渗剂在其本不变的情况下，同时加入本发明的稀土催渗剂，即可收到①提高渗速15～25%;②改善金相组织及性能的目的。
固体渗碳是一种古老的化学热处理技术，目前仍有不少工厂应用。世界及我国固体渗碳剂均已商品化，使用十分方便。但是目前市场供应的渗碳剂仍然存在渗碳温度高、渗碳时间长的缺点，使被处理的产品晶粒粗大，性能恶化，同时能耗也比较大。这种状况急需改善。
本发明在保持原渗碳剂完全不变的条件下，利用稀土的催渗作用而研制出来的一种附加催渗剂。在固体渗碳时只要按原来使用渗碳剂的重量按一定的比例，加入少量本发明的固体稀土催渗剂，就能收到明显的效果，可使渗碳速度增加15～25%，或可使渗碳温度自920～940℃降低至880℃。从而降低了能耗，改善了被处理工件的组织和性能。
本发明的液体稀土催渗剂是属于通用型，它可用于现生产中的滴注式气体渗入法中的高中温渗碳、中温碳氮共渗、低温氮碳共渗(即软氮化)、中低温碳氮硼、以及低温氮碳硼硫等。除用于井式气体渗入设备外，箱式气体滴注多用炉、脉冲式真空渗碳或多用炉中亦可应用，仅仅只在原工艺的基础上按一定的比例增添本发明液体稀土渗剂，不管什么钢及什么零件都可收到增加渗速15-25%及改善金相组织的目的。
本发明的液体催渗剂对现生产中使用的煤油或丙酮渗碳;煤油等与甲醇的可控气氛渗碳;吸热式(RX)可控气氛渗碳及加氨气的碳氮共渗;煤油、甲醇及甲酰胺(或三乙醇胺)和尿素等碳氮共渗;在此基础上再加B2O3的碳氮硼共渗;以及低温或双相区的氨气加甲醇软氮化或甲酰胺加甲醇软氮化等，上述现行工艺中使用的渗剂有些已使用甲醇，有些则没有。不管原渗剂是否使用甲醇，均可加入本发明液体渗剂，只要保证炉内有足够高的合乎工艺要求的碳氮势即可收到成效。液态稀土催渗剂中的甲醇亦可用乙醇或异丙醇作溶剂。
采用本发明固液稀土催渗剂有如下优点1)渗速快加稀土催渗剂的比不加的快15～25%，提高了劳动生产率;
2)渗层质量高由于稀土能渗入到钢件表面，可以改善表面组织和性能，如第二相化合物的形貌、数量及分布，提高抗磨损、抗腐蚀和抗疲劳性能;
3)节约能源统计资料表明可节能10～15%;
4)适用于多种工艺和多种设备;
5)质量稳定可靠，复现性高。
实施例1、固体稀土催渗剂氯化La20%，碳酸钠25%。碳酸钡30%，尿素10%，醋酸钠15%，对20号钢车轴挡进行固体渗碳，原工艺用购买木炭渗碳剂装箱，于920℃渗碳，要求层深0.5-0.8mm到温后入炉6小时，σb＝112kg/mm2，采用上述固体稀土催渗剂渗碳，炉温880℃，4小时出炉，σb＝133kg/mm2。
2、液态稀土催渗剂，甲醇1000毫升，氯Ce45克20号钢860℃中温渗碳，入炉时间5小时渗入深度1.0-1.2mm，σb＝128kg/mm2。
权利要求
1.一种固态稀土催渗剂，其特征在于该催渗剂的成份为氯化La或Ce稀土盐10-40%，碳酸钠和碳酸钡50-60%，尿素10-20%，醋酸钠15-20%，其中氯化La或Ca可用混合或单质的La或Ce的氟化盐，硝酸盐或碳酸盐替代。
2.权利要求1所述催渗剂的配制方法，其特征在于用糖浆，淀粉做粘合剂与该催渗剂中各种成份均匀混合后挤压成直径为4-8毫米的颗粒。
3.权利要求1所述催渗剂，其特征在于在将该渗剂用于固体碳渗共渗时，另加黄血盐10-30%。
4.一种液态稀土催渗剂，其特征在于该渗剂的成份为甲醇1000毫升中加氯化La或Ce5-80克，其中，氯化La或Ce亦可用可溶于醇类的，混合的或单质的La或Ce的氟化盐，硝酸盐或碳酸盐替代，溶剂甲醇亦可用乙醇或异丙醇替代。
5.权利要求4所述稀土催渗剂，其特征在于可另加氯化铵3-8克，尿素5-200克。
全文摘要
本发明是用氯化稀土、氟化稀土、碳酸稀土及硝酸稀土为主催渗剂，再加少量其它助催化合物配制而成。可广泛用于固体渗碳，滴注式气体渗碳和碳氮共渗，软氮化以及碳氮硼硫等多元共渗工艺，可处理渗碳钢、结构钢、工具钢和模具钢。通过加稀土催渗剂处理，可使渗入速度提高15～25％，改善金相组织和提高使用性能，有显著的技术经济效益。是当前较理想的催渗剂。
文档编号C23C8/00GK1039069SQ8810420
公开日1990年1月24日 申请日期1988年7月5日 优先权日1988年7月5日
发明者刘志儒 申请人:哈尔滨工业大学