用于深层qpq技术的稀土配方盐及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种应用于深层QPQ技术的稀土配方盐及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 深层QPQ高新技术，它涉及一种全新的金属材料盐浴复合表面强化改性技术。金 属材料在两种不同性质的熔融盐浴作复合处理，以使多种元素同时渗入金属表面，形成由 氧化膜、化合物层、扩散层组成的复合渗层，以使金属材料得到强化改性，并可以同时大幅 度提高金属材料的强度、硬度，耐磨性、耐蚀性及耐冲击性，同时还可以做到全工艺过程无 公害，实现绿色生产。本发明具有深层催渗效果，在工件表面形成具有足够深度和一定硬度 的高质量深层，并能改善工件性能。
[0003] 深层QPQ技术是在保留原有普通QPQ技术的基础上，加深氮化工序的化合物深度， 使之由原来的15-20um加深到30um以上。深层QPQ技术包括化合物层深度在30um以上的 盐浴或气体的渗氮，或碳氮共渗及其随后的盐浴或气体的氧化工序，中间还有抛光工序。用 该工艺对金属进行处理不需要喷涂任何防护材料，并且工艺简单，成本低廉，节能环保无公 害，工作环境清洁，外观美观等特点。该技术做到了原材料无毒不污染环境，各项环保指标 经环保部门测定均达到国家标准，同时使金属表面的耐磨性、抗腐蚀性及力学性能硬度强 度都有更大幅度的提高。
[0004] 加深化合物层深度现在主要是把氮化温度由520-580°C提高到600°C以上。但是 氮化温度提高到600°C以上在金属学领域是一个全新的课题，通常钢铁渗氮区域的温度是 500-600°C，碳氮共渗区域的温度在750°C以上，很长时间以来600-750°C是钢铁材料表面 处理的技术空白区。深层QPQ技术首次填补了国内该技术空白区。目前公开的QPQ氮化盐 成分由C0(NH2)2, Na2C03, K2C03, Κ0Η组成，工作温度通常为420-580°C，目前市面上现有QPQ 技术氮化盐的熔点低，使用熔点温度通常在420-580°C，当使用熔点温度低于420°C时，氮 化盐将不会化解，仍属块状不能发生化学催化反应；当使用温度超过600°C时，将会容易分 解并很快挥发，氮化盐盐浴成分不容易稳定，并且高温下形成的化合物层疏松比较严重，氮 化效果极差。这就限制了普通QPQ技术的适用范围。
[0005] 深层QPQ技术具有更广泛的应用前景，首先是原来有很多产品想采用QPQ技术，但 因其渗层太薄而不能采用，现在深层QPQ技术可以在这方面扩大应用规模；其次是现有采 用普通QPQ技术的产品，如果采用深层QPQ技术会大幅度提高产品的耐磨性、耐蚀性和疲劳 强度，延长产品的使用寿命，因此在提高产品质量方面有较大市场。30um以上的化合物层可 以承受某些精密磨削，这样深层QPQ技术可以扩大在很多高精度产品的应用方面会有非常 广泛、非常重要的用途。总之，深层QPQ技术的潜在市场是十分巨大的。
[0006] 本发明的目的是为了克服目前普通QPQ技术氮化盐使用熔点温度420-580°C之 间极限范围瓶颈，氮化物层深度不够厚的不足，导致多数应用领域受限制较大，本发明可提 供一种扩大目前所知氮化盐的使用熔点温度范围，可以对中、低碳钢进行化合物层深度为 70 μ m以上的深层QPQ技术处理的用于液体氮化的稀土配方氮化盐。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术中存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题之一是提供一种用 于深层QPQ技术的稀土配方盐，之二是提供上述用于深层QPQ技术的稀土配方盐的制备方 法。
[0008] 本发明目的是通过如下技术方案实现的：
[0009] -种用于深层QPQ技术的稀土配方盐，由下述重量份的原料组成：30-50份 C0(NH2)2、10-30 份 K2C03、10-30 份 Na2C03、5-15 份 NH4C1、1-5 份 K2S03、1-5 份 La2(C03)3, 3-7 份 BeOH。
[0010] 在使用过程中本发明的反应原理是：
[0011] 基盐，再生盐熔化时的反应：2C0(NH2)2 + C032 - 2CN0 + 2NH3 丨 + H20 t + C02 个
[0012] 盐浴中氰酸根分解，反应产生得到活性氮原子，进而渗入工件表面形成化合物层 和扩散层。
[0013] 氰酸根分解提供活性氮原子：4CN0 - C0 32 + 2CN + CO + 2「N」
[0014] 氮化过程中的氮化反应：3Fe +「N」一Fe3N ;4Fe +「N」一Fe4N
[0015] 氰酸根分解产生的C0,进而分解出C原子渗入工件形成碳化物。
[0016] 活性碳原子的生成反应：2C0 -「C」+ C02丨；3Fe + C - Fe 3C
[0017] 盐浴中用氧化剂使氰根氧化成氰酸根。
[0018] 氰根被氧化性成分氧化消耗反应：2CN + 02-2CN0 ;4CN0 + 302- 2C0 32 + C02 个 + 4「N」
[0019] 其中CO (NH2) 2分别与K 2C03, .0)3反应均生成氰酸根离子CNO ;K 2S03控制氰根离 子CN ;NH4C1提供中性盐浴的基础环境；碳酸铜La2(C03)3提尚氣化盐的活性，促进渗氣；氛 氧化铍BeOH提高盐浴流动性和基础成分的稳定性，拓宽氮化盐的温度使用范围。氰酸根 分解产生的C0,进而分解出C原子渗入工件形成碳化物，这些碳化物对氮的渗入有较强的 促进作用。氰酸根离子分解，反应产生的活性氮原子渗入工件表面，并在表面形成坚硬致密 的化合物层和扩散层，该化合物主要为铁氮化化合物Fe3N和Fe4N，从而提高金属材料的强 度、硬度，耐磨性，耐蚀性，耐疲劳，耐冲击综合金属材料性能。
[0020] 本发明还提供了上述用于深层QPQ技术的稀土配方盐的制备方法：将C0(NH2) 2、 K2C03、Na2C03、NH4C1、K 2S03、La2 (C03) 3、BeOH 混合均匀，放入坩埚中在 300-400 °C，保温 4-6h， 即得用于深层QPQ技术的稀土配方盐。
[0021] 具体的，在本发明中：
[0022] C0(NH2)2,中文名称：碳酰二胺，CAS 号：57-13-6。
[0023] K2C03,中文名称：碳酸钾，CAS 号：584-08-7。
[0024] Na2C03,中文名称：碳酸钠 ，CAS 号：497-19-8。
[0025] NH4C1，中文名称：氯化铵，CAS 号：12125-02-9。
[0026] K2S03,中文名称：亚硫酸钾，CAS 号：10117-38-1。
[0027] La2(C03) 3,中文名称：碳酸镧，CAS 号：6487-39-4。
[0028] BeOH，中文名称：氢氧化铍，CAS 号：13327-32-7。
[0029] 本发明采用的技术方案是：优化了普通QPQ技术氮化盐的传统配方，添加了能提 高盐（基盐和再生盐）活性的基础成份碳酸镧和氢氧化铍。
[0030] 本发明氮化盐中引入稀土活化成分，使氮化盐在较低温度状态下能保持一定的氮 势，在较高温度状态下基础成分不分解，从而将氮化盐的使用温度扩大到420_690°C之间， 克服了目前普通QPQ技术氮化盐使用熔点温度420-580°C之间极限范围瓶颈，氮化物层深 度不够厚的不足，导致多数应用领域受限制较大，用本发明的深层QPQ技术稀土配方氮化 盐来处理，可以得到70 μ m以上的深层化合物层，比目前所知的普通QPQ技术得到化合物层 的渗层深度超出二倍。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合实施例对本发明做进一步的说明，以下所述，仅是对本发明的较佳实施 例而已，并非对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示 的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明 的技术实质对以下实施例所做的任何简单修改或等同变化，均落在本发明的保护范围内。 [0032] 实施例1
[0033] 按表1中实施例1的原料组成，并按下述方法制备用于深层QPQ技术的稀土配方 盐。
[0034] 用于深层QPQ技术的稀土配方盐的制备方法：按表1对应实施例1的原料配比将 C0(NH2)2、K2C03、Na2C0 3、NH4C1、K2S03、La2(C0 3)3、BeOH 混合均匀，放入坩埚中在 350°C，保温 5h，即得用于深层QPQ技术的稀土配方盐。
[0035] 表1 :原料组成表单位：kg
[0038] 实施例2
[0039] 按表1中实施例2的原料组成，并按下述方法制备用于深层QPQ技术的稀土配方 盐。
[0040] 用于深层QPQ技术的稀土配方盐的制备方法：按表1对应实施例2的原料配比将 C0(NH2)2、K2C03、Na2C0 3、NH4C1、K2S03、La2(C0 3)dg合均匀，放入坩埚中在 350°C，保温 5h，即 得用于深层QPQ技术的稀土配方盐。
[0041] 实施例3
[0042] 按表1中实施例3的原料组成，并按下述方法制备用于深层QPQ技术的稀土配方 盐。
[0043] 用于深层QPQ技术的稀土配方盐的制备方法：按表1对应实施例3的原料配比将 C0(NH2)2、K2C03、Na2C0 3、NH4C1、K2S03、BeOH 混合均匀，放入坩埚中在 350°C，保温 5h，即得用 于深层QPQ技术的稀土配方盐。
[0044] 对比例1
[0045] 按表1中对比例1的原料组成，并按下述方法制备用于深层QPQ技术的稀土配方 盐。
[0046] 用于深层QPQ技术的稀土配方盐的制备方法：按表1对应对比例1的原料配比将 CO (NH2) 2、K2C03、Na2C03、NH 4C1、K2S〇dg合均匀，放入坩埚中在350 °C，保温5h，即得用于深层 QPQ技术的稀土配方盐。
[0047] 测试例1
[0048] 使用实施例1-3和对比例1制得的用于深层QPQ技术的稀土配方盐对15#钢进行 氮化处理，4组测试同一步骤中加入实施例1-3和对比例1制得的用于深层QPQ技术的稀土 配方盐的重量均相同，先将经过清洗、除锈的坩埚吊入电炉中，然后将控温电偶紧靠坩埚壁 插入坩埚内，控温仪表定在700°C，然后开始升温化盐。再将基盐加入坩埚中，加到坩埚深度 的3/4。然后盖上炉盖，开动通风系统，待坩埚下部的盐开始熔化并下沉以后，继续加入适量 基盐，使基盐浴面始终保持在大体相同的高度，直到最后全部熔化成液体，盐浴面上升到距 离坩埚上部边缘150_时，停止加盐。当氰酸根低于要求值32%时，应向氮化盐浴中加入调 整盐4kg，以提高氰酸根含量到35%。基盐全部熔化后，在625°C空气炉运行3h。具体结果 见表2。
[0049] 表2 :化合物层厚度表，单位：μ m
【主权项】
1. 一种用于深层QPQ技术的稀土配方盐，其特征在于，由下述重量份的原料组成： 30-50份C0(NH2)2、10-30份K2C03、10-30份Na2C03、5-15份NH4Cl、l-5份K2S03、l-5份 La2(C03)3,3-7份BeOH。2. 如权利要求1所述的用于深层QPQ技术的稀土配方盐制备方法，其特征在于，将 CO (NH2)2、K2C03、Na2C03、NH4C1、K2S03、La2 (C03)3、BeOH混合均匀，放入坩埚中在300-400°C，保 温4-6h，即得用于深层QPQ技术的稀土配方盐。
【专利摘要】一种用于深层QPQ技术的稀土配方盐及其制备方法，所述用于深层QPQ技术的稀土配方盐由下述重量份的原料组成：30-50份CO(NH2)2、10-30份K2CO3、10-30份Na2CO3、5-15份NH4Cl、1-5份K2SO3、1-5份La2(CO3)3，3-7份BeOH。本发明氮化盐中引入稀土活化成分，使氮化盐在较低温度状态下能保持一定的氮势，在较高温度状态下基础成分不分解，从而将氮化盐的使用温度扩大到420-690℃之间，克服了目前普通QPQ技术氮化盐使用熔点温度420-580℃之间极限范围瓶颈，氮化物层深度不够厚的不足，导致多数应用领域受限制较大，用本发明的深层QPQ技术稀土配方氮化盐来处理，可以得到70μm以上的深层化合物层，比目前所知的普通QPQ技术得到化合物层的渗层深度超出二倍。
【IPC分类】C23C8/48
【公开号】CN105420664
【申请号】CN201510894920
【发明人】郭伟
【申请人】郭伟
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月7日