本发明通常涉及润滑剂涂布的钢制品，其制造方法、设备和淬火油，并且特别地涉及氮化润滑剂涂布的钢制品。
背景技术：
氮化是一种热处理工艺，使氮气扩散到金属表面以产生表面硬化的表面。氮化最常用于低碳低合金钢，然而，近年来，高合金钢也被氮化，获得了有利的结果。
目前使用的主要氮化方法是：气体氮化、盐浴氮化和等离子体氮化，这些氮化以用于提供氮气的介质命名。
氮化通常赋予高表面硬度，这促进对于磨损、划伤、拉毛和咬粘的高抵抗性。疲劳强度主要由表面压应力的发展而增加。
氮化常常在高温下执行，因此通常通过冷却或淬火步骤来结束，在该步骤中钢产品被冷却。氮化后快速淬火将增加夹带氮气的固溶硬化效应，但与来源于钢表面中合金元素和氮之间形成硬氮化物的沉淀硬化效应相比，该效应成比例地小。诸如cr、al、v、ti和mo的合金元素在氮化期间在钢中形成硬氮化物，并且这样的合金元素在钢中的水平对就硬度、耐磨性和疲劳强度而言的氮化效果具有巨大影响。淬火油和热处理液设计用于钢或其他金属的快速或至少受控冷却作为硬化、回火或其他热处理工艺如氮化的一部分。
典型的应用包括齿轮、曲轴、凸轮轴、齿条、小齿轮、轴、滚道、传动轴、中心销、液压马达缸体、泵叶片、活塞裙、链条组件、滑道、凸轮从动件、阀门部件、挤出机螺杆、压铸工具、锻模、挤出模头、枪支组件、喷射器、塑料模具、传送器导轨等。
由于氮化材料的典型的有益性质，它们常用于表面暴露于与其他固体或液体物体机械接触，特别是移动接触的应用中。在这样的应用中，关注低摩擦和耐磨性。润滑是解决摩擦和磨损问题的标准方式。根据应用，可以使用液体和/或固体润滑剂。当长使用寿命、适用性、防腐蚀、清洁和冷却都很重要时，液体润滑剂是首选。固体润滑剂用于例如由于温度条件或周围环境而不适合使用液体润滑剂的特殊情况。固体润滑剂在控制高负载滑动接触中的磨损方面特别有效，因此常用于暴露于磨损的应用中。有若干应用这样的固体润滑剂的方法。许多这样的方法基于将含有分散的固体润滑剂的糊剂或液体施用到待覆盖的表面上，接着进行热处理和/或机械处理以除去糊剂或液体中的粘结材料，从而促使固体润滑剂粘结到待润滑的制品的表面。然而，在没有化学键合到表面上的情况下，固体润滑剂保留度不好并且易于与表面分离。因此，聚合物粘结的固体润滑剂涂层在实践中是最常见的，包括来自dowcorning、klueber、henkel等的众所周知的商业产品。在这些产品中，使用热固性、uv-固化或氧化-干燥聚合物粘结剂将固体润滑剂保留在表面上。为了在氮化后施用涂层，首先清洁表面，然后在单独的步骤中涂布，然后最终固化。
在氮化物体的情况下，这样的加热和/或机械处理和/或清洁可能会影响氮化物体表面本身的组成和性质。在低氮势下加热可以例如造成物体表面脱氮并且热处理和机械相互作用可能改变氮化物体的质地、硬度等。
制造固体润滑剂涂层的另一常见方式是通过物理气相沉积(pvd)、等离子体辅助化学气相沉积(pa-cvd)和类似的真空工艺进行，由此将固体润滑剂嵌入硬涂层(诸如类金刚石碳)基体中。该技术特别用于制造诸如balinitc(oerlikon)、most(teercoatings)的产品。在pvd(或pa-cvd)涂布之前，也必须彻底地清洁表面，然后在单独的步骤中涂布。
氮化钢制品也可以在单独的加工步骤中通过某些固体润滑剂进行cvd涂布。这可能会产生摩擦学效应。例如，可以通过使挥发性金属羰基配合物mo(co)6和w(co)6与硫醇或诸如二甲基硫化物的有机硫化物反应的cvd工艺来产生mos2和ws2涂层。不幸的是，如此产生的涂层常倾向于蓬松并且对基材表现出较差的粘合性。可能的原因可以在涂布之前的氮化表面上的污染或气体吸附或在清洁工序期间的表面改性中见到。
在所有上述情况中，增加的工艺复杂性增加了物流和制造成本。
技术实现要素：
本发明技术的一般目的在于提供具有增强的摩擦学性质的固体润滑剂涂布的氮化钢制品。
上述目的通过根据独立权利要求所述的方法和装置来实现。优选实施方案在从属权利要求中限定。
总而言之，在第一方面，一种用于制造钢制品的方法包括在350℃至650℃区间的硝化温度下使钢制品氮化，得到氮化钢制品。所述氮化钢制品在反应性淬火油中从所述硝化温度淬火。所述反应性淬火油包含s、p、b、mo和w中的至少一种。由此，淬火另外包括通过包含s、p、b、mo和w中的至少一种的固体润滑剂涂布氮化钢制品。
在第二方面，一种用于制造钢制品的设备包括氮化室、淬火体积和传送装置。所述氮化室构造成在350℃至650℃区间的硝化温度下使钢制品氮化，得到氮化钢制品。所述淬火体积包含含有s、p、b、mo和w中的至少一种的反应性淬火油。所述传送装置构造成相对于包含反应性淬火油的冷却器淬火体积移动具有硝化温度的氮化钢制品以允许氮化钢制品在反应性淬火油中淬火。淬火在氮化钢制品上形成包含s、p、b、mo和w中的至少一种的固体润滑剂。
在第三方面，钢制品包括钢主体。所述钢主体具有被包含s、p、b、mo和w中的至少一种的固体润滑剂的表面层覆盖的氮化层。固体润滑剂直接化学键合到具有最高氮含量的氮化物层的新提供的表面部分。
在第四方面，一种用于在钢制品上提供固体润滑剂层的淬火油。所述淬火油包含基础油和包含s、p、b、mo和w中的至少一种的添加剂。
所提出的技术的一个优点是其产生具有受控的表面性质和增强的摩擦学性能的固体润滑剂涂布的氮化钢制品。此外，固体润滑剂涂布的氮化钢制品以经济且不复杂的工艺生产。通过阅读具体实施方式，将理解其他优点。
附图说明
可以通过参考以下结合附图的描述来最佳地理解本发明以及它的其他目的和优点，在附图中：
图1示出典型的淬火曲线；
图2是用于制造钢制品的方法的实施方案的步骤的流程图；
图3示出氮化工艺的典型温度/时间图；
图4是比较常规淬火的钢产品与反应性淬火的钢产品的表面含量的图；
图5是示出常规淬火的钢产品与反应性淬火的钢产品的摩擦性质的图；
图6是反应性淬火的钢制品的表面区域的一部分的示意图；
图7a是用于制造钢制品的设备的一个实施方案的流程图；
图7b是用于制造钢制品的设备的另一实施方案的流程图；以及
图8是示出极压抗磨材料的活化温度的图。
具体实施方式
在整个附图中，相同参考号用于类似或对应元件。
为了更好地理解所提出的技术，首先可以对不同的氮化工艺进行简要概述。
氮化工艺是热化学工艺，其在高温下向钢表面提供氮或者氮和碳，以产生硬化的表面层。表面层包括扩散区和复合区，或者仅包括扩散区。复合区是包含氮化物的相转变层。在较高温度下，也可能存在奥氏体区或马氏体区。热化学氮化工艺可以在气体气氛中、盐浴中或通过等离子体工艺执行。这样的工艺可以表示为气体氮化、气体氮碳共渗、盐浴氮化、盐浴氮碳共渗、等离子体氮化和等离子体氮碳共渗。氮化工艺可以通过在300℃至400℃的温度区间内预氧化0.5小时至3小时来进行。
在气体氮化中，待氮化的工件被放置在充满高温供体气体的腔室中。所述供体通常是氨，这就是为什么它有时被称为氨氮化。当氨与加热的工件接触时，它会分解成氮气和氢气。氮气然后扩散到材料的表面上，产生氮化物层。
在盐浴氮化中，供氮介质是诸如氰化物盐的含氮盐。在这个过程中，氮在铁素体阶段的亚临界温度下扩散到金属表面以产生表面硬化的表面。盐也用于向工件表面供给碳，因此盐浴工艺也称为氮碳共渗工艺。所有氮碳共渗工艺中使用的温度为550℃至570℃。盐氮化的一个优点是，与任何其他氮化方法相比，可以在相同的时间段内实现更高的扩散深度。其他优点是加工时间短且操作简单。
等离子体氮化，也称为离子氮化、等离子体离子氮化或辉光放电氮化，是一种现代热化学处理，其在氮气、氢气和任选的碳消耗气体(在氮碳共渗的情况下)的混合物中进行。具有高电离水平的辉光放电在放置在反应室中的部件周围产生。结果，在表面形成富氮氮化物。
根据所需的性质，等离子体氮化允许表面改性。可以通过调适气体混合物来获得定制的层和硬度分布：从厚度高达500μm的具有低氮含量的无复合层的表面到具有高氮含量的复合层以及添加的含碳气体(等离子体氮碳共渗)。除了气体或盐浴工艺的可能性之外，广泛适用的温度范围还可以实现多种应用。
由于氮离子通过离子化产生，所述与气体或盐浴不同，等离子体氮化效率并非主要取决于温度。因此，等离子体氮化可以在从260℃到超过600℃的宽温度范围内执行。例如，在适度的温度下，不锈钢可以被氮化而不形成氮化铬沉淀物，并因此将维持其耐腐蚀性质。
各种钢种都可以用等离子体氮化有益地处理。特别是在施用到高合金钢时，等离子氮化赋予高表面硬度，从而促进对于磨损、划伤、拉毛和咬粘的高抵抗性。疲劳强度主要由表面压应力的发展而增加。只要部件需要氮化区域和软化区域两者，等离子体氮化就是一个明智的选择。
典型的应用包括齿轮、曲轴、凸轮轴、凸轮从动件、阀门部件、挤出机螺杆、压铸工具、锻模、冷成型工具、喷射器和塑料模具、长轴、轴、离合器和发动机部件。如果需要掩蔽，对于相应的气体工艺，常常优选等离子体氮化和等离子体氮碳共渗。
扩散区是受氮影响的表面层，其中掺入的氮通过固溶硬化和沉淀硬化来影响钢的硬度。
复合区是包含铁氮化物(γ’-氮化物和/或ε-氮化物)、碳氮化物和氮化物与钢的合金元素的相转变表面层。
所有铁基钢材都可以通过氮化工艺来处理，这样的钢材包括但不限于碳钢、低合金钢、工程钢、硬化和回火钢、表面硬化钢、工具钢、不锈钢、沉淀硬化钢/不锈钢和其他钢变体。
淬火油和热处理液设计用于钢或其他金属的快速或受控冷却作为硬化、回火或其他热处理工艺如氮化的一部分。
淬火油有两个主要功能。它通过控制淬火期间的热传递来促进钢的硬化，并且它增强了钢在淬火期间的润湿性，以使可能导致变形和开裂增加的不希望的热和变形梯度的形成最小化。
因此，在淬火油的开发中，通常会考虑几种性质。淬火油应具有递送恒定淬火性能和冷却速度的能力。淬火油还优选呈现承受高热冲击的能力。淬火油还应该提供油成分的抗氧化性以及提供给淬火工件抗氧化性。还应该选择淬火油以提供良好的表面清洁度并且不会使硬化铸件变形。
已知许多极压抗磨(ep/aw)添加剂在加热后可以与金属表面反应。在“specialreport:trendsinextremepressureadditives”，n.canter,tribologyandlubricationtechnology,2007，第11页，介绍了不同类别的ep/aw添加剂的活化温度。这些发现在图8中示出。因此，一个想法是建议在加添加剂的油浴或熔融盐浴中加热钢部件可以用于沉积低摩擦固体润滑剂膜，参见例如gb782,263或wo03/091478。然而，这种直接方法具有一个明显的局限性，因为许多添加剂的反应势垒远高于300℃，并且在如此高的温度下，会发生不受控制的硬度损失，这是无法接受的。
然而，本公开中呈现的技术替代地利用热诱导沉积固体润滑剂到氮化表面上。执行典型氮化工艺的温度也足够高，足以引发固体润滑剂形成。然而，将固体润滑剂的合适组分提供到氮化室本身中的困难使得直接涂布遇到麻烦。
相反，本发明的技术集中在涉及高温的后一工艺-淬火。通过使用反应性淬火油，硬化/淬火可以与固体润滑膜的沉积相组合。用于触发化学反应的唯一热源是氮化步骤后由钢部件保留的热量。在氮化期间，部件通常被加热到350℃至650℃。该温度足够高，以引发与淬火油中存在的特定ep/aw添加剂的反应。反应性淬火油含有一种或多种用作以下化学元素中的至少一种的载体的表面活性化合物：s、p、b、mo和w。反应性淬火工艺中的整体冷却速度与常规淬火工艺类似，高达50-250℃/s，因此，整体淬火时间和处理过的部件的硬度将与非反应性淬火工艺相同。
然而，已经发现，就表面化学而言，反应性淬火油中的处理结果与传统淬火完全不同。与常规淬火相反，反应性淬火另外包括在淬火操作过程中用在其化学组成中含有下列化学元素中的至少一种的固体润滑剂涂布氮化钢制品：s、p、b、mo和w。经历反应性淬火的钢部件表现出存在固体润滑剂膜，所述膜超过0.1μm厚，由添加剂包中最初存在的特定化学元素组成。这将在下面的几个实例中进一步讨论。
因此已经证实，尽管在油淬火中冷却速率快，但工件的热量仍然足以引起油的不同组分之间的化学反应。在一个优选的实施方案中，通过使添加剂包含s以及mo和w中的至少一种，可以在工件的表面上形成分别类似于mos2和ws2的固体润滑剂。与通过固体润滑剂物质涂布同时，仍然发生由淬火引起的普通过程，例如硬化。淬火期间形成的固体润滑剂物质因此直接粘结到新氮化且硬化的表面。这样做的一个结果是固体润滑剂直接化学键合到具有最高氮含量的氮化物层的一部分。另外，如果不允许氧气到达氮化工件，则除了包括在氮化工艺中之外，固体润滑剂与氮化物层之间的粘结变得基本上无氧，这通常增强了粘结强度。
现有技术中淬火油的主要功能是能够通过快速冷却实现钢硬化。具有相对高的导热率和良好的润湿性质，淬火油还有助于使可能导致变形和开裂的热梯度最小化。图1示出典型的冷却曲线301的实例。曲线300示出冷却速率。当热金属片浸入油中时，由于油沸腾或热降解而在金属表面附近瞬间产生蒸气层。蒸气层的性质取决于淬火油制剂中使用的基础油类型和表面活性添加剂。只要存在这种蒸气覆盖层，由于蒸气层充当热绝缘体，所以冷却速率相对较慢。典型的冷却速率可能为约20-40℃/s。这对应于图1中由a指示的范围。蒸气覆盖阶段之后是核沸腾阶段b。当表面温度下降到蒸气层变得不稳定的点时核沸腾开始并且由于沸腾而发生气泡形成。该阶段表现出整个淬火冷却工艺的最大传热速率，并且可以达到50-250℃/s。正是在这个阶段，引发与反应性淬火油中存在的ep/aw添加剂的表面反应。因此，具有低沸点的轻质基础油更适合与更高反应性的添加剂如磷酸酯组合使用，而高沸点的重质基础油更适合与较低反应性的添加剂如硫化物组合使用。当金属表面的温度降至油的沸点以下时，对流冷却(c-阶段)取而代之。对于对流冷却，冷却强度取决于油的粘度，较低的粘度实现较快的冷却。图1中图示的淬火工艺应理解为一般淬火工艺的实例。不同阶段中冷却速率的实际数值可能根据实际内容而不同。其中的一些将在下面进一步详细地讨论。然而，改进冷却速率的技术在现有技术中是众所周知的。
使用热处理后由工件存储的热量作为用于结合淬火获得固体润滑剂层的能源的过程同样也可以对通常通过淬火冷却或者可以例如在钢的表面硬化期间通过淬火冷却的其他类型的热处理过的制品执行。
图2示出用于制造钢制品的方法的一个实施方案的步骤的流程图。工艺以步骤200开始。在步骤210中，在350℃至650℃区间的硝化温度下使钢制品氮化。该氮化产生氮化钢制品。在步骤220中，氮化钢制品在反应性淬火油中从硝化温度淬火。所述反应性淬火油包含s、p、b、mo和w中的至少一种。由此，淬火步骤220另外包括通过包含s、p、b、mo和w中的至少一种的固体润滑剂涂布氮化钢制品的步骤222。工艺以步骤299结束。在一个优选的实施方案中，反应性淬火油包含s以及mo与w中的至少一种。
较高的淬火速度通常不会改变氮化处理的结果。然而，淬火速度越高，淬火油中存在的添加剂可以与钢制品发生反应的时间间隔越短。因此，当考虑通过固体润滑剂涂布时，淬火速度过快通常不太适用。目前认为，在小于250℃/s的最大冷却速度下执行淬火步骤是有利的。然而，随着淬火油中反应性组分浓度的增加，淬火速度越高，越可能生成固体润滑剂涂层。
对于典型的操作条件，已经发现，为了生成紧凑的固体润滑剂涂层，反应性淬火油优选包含至少0.1重量％的掺杂元素，例如s、p、b、mo和/或w。增加添加剂处理水平会加速固体润滑剂的沉积，但会增加使用寿命较短的淬火油的成本，从而增加操作成本。这使淬火油中掺杂元素含量的优选上限设定在10重量％左右。
在一个优选的实施方案中，淬火步骤直接结合氮化步骤的结束执行。在这样的情况下，没有扩散或其他时间依赖效应可以影响氮化的结果，并且由于氮化气氛禁止不想要的物质到达钢制品的表面，所以可以确保固体润滑剂涂布将“清洁”表面上执行。
如果不能执行立即淬火，则优选氮化钢制品在氮化步骤和淬火步骤之间的整个时间内维持在具有高氮势的清洁气氛中，并且甚至更优选气氛呈现高到足以防止氮化钢制品表面的脱氮的氮势。
如果不能执行立即淬火，则也优选氮化钢制品在氮化步骤和淬火步骤之间的整个时间内维持处于硝化温度。
然而，可以按时间分开执行氮化步骤和反应性淬火步骤。然而，氮化随后通常必须通过非反应性淬火来结束，并且在可以发生反应性淬火之前需要随后将氮化钢制品加热回到高温。然而，这种解决方案并不是非常有利的，因为其涉及双重加热过程以及第二淬火对氮化钢制品性质的作用的不确定性。
在用于制造钢制品的方法的一个特定实施方案中，氮化步骤根据corr-i-
corr-i-
在该特定实施方案中，已经使用了配备成在加热和冷却期间提供保护且受控的气氛的热处理炉。在该特定的实施方案中，使用ss2172型钢。该工艺以在空气中在400℃下预热并预氧化约1至2小时开始。执行该预氧化以确保该钢的均匀氮碳共渗结果。这在图3中示意性地示出。在主要的氮碳共渗期间，使用以体积％计的35％氨(nh3)、5％二氧化碳(co2)和60％氮气(n2)的气体混合物。氮碳共渗在580℃下执行。总气流量相当于每小时炉体积的3.5倍。该总气体流量影响着氮活性，但是依赖于炉子，并且通常适用于每种炉子类型。在氮碳共渗步骤期间，氮活性an在2.5和5之间变化，然而，根据以前的经验，在0.2至20范围内的氮活性可以用于产生所要求的结果。在本实施方案中，具有复合层的氮化层是目标，其需要表面中的氮浓度为至少6重量％。
针对该特定实施方案实现并研究的复合物区的类型具有纯ε氮化物或在ε氮化物与γ'氮化物之间的混合物的组成。这些特定的实验得到具有10μm至25μm的复合物区厚度的氮碳共渗层。
淬火在与氮碳共渗炉直接连接的冷却室中执行。实验期间冷却室中的气氛具有与氮碳共渗炉中的气氛相同的组成。氮活性是类似的，这降低了运输和淬火期间脱硝的风险。该气氛具有氮气(n2)、氢气(h2)、氨(nh3)、一氧化碳(co)、二氧化碳(co2)以及在一些情况下少量的水(h2o)的主要组成。
许多替代实施方案也是可能的。首先，基本材料可以变化。对ss2541、ss2244、ss2142、ss2242和ss1265钢执行实验，所有这些都得到完全令人满意的结果。如前所提，基本上所有的铁基钢材都可以通过氮化工艺来处理，这样的钢材包括但不限于碳钢、低合金钢、工程钢、硬化和回火钢、表面硬化钢、工具钢、不锈钢、沉淀硬化钢/不锈钢和其他钢变体。
加热和预氧化也可以以替代方式执行。在300℃至450℃区间内的预氧化温度在氮化技术领域中是常见的，并且基本上根据要处理的钢的质量来选择。然而，对于某些材料，并不推荐预氧化。然而，预氧化步骤的存在对最终的淬火-涂布操作没有直接影响。
在氮化过程期间可以利用其他气体混合物。作为一个非限制性实例，可以使用仅有氨和二氧化碳的氮碳共渗气氛。对于渗碳不太重要的最终产品，也可以执行纯氮化。然后可以利用只有氨的气氛，可能混入氮气。为了产生氮气和碳气氛，可以使用混有氨的吸热型气体。
氮化期间的工艺温度也可能不同。500℃至620℃的氮碳共渗温度在标准氮碳共渗工艺中使用，并且可以使氮化工艺适应所选的基本材料，即钢的质量。例如，已经实现了从几分之一微米直到35μm的氮化层厚度，并且这增加了定制最终材料的性质的可能性。
气体混合物的适应性、温度和加工时间给出控制氮化以实现特定类型的氮化表面的可能性。接下来的淬火步骤可以在任何氮化或氮碳共渗表面上执行。具体地说，对于预期的最终应用或基材材料类型优选这样的表面可以完全没有复合区，或者具有纯γ'氮化物。
在氮化步骤之后，氮化钢制品立即在反应性淬火油中淬火。
适用于反应性淬火油制剂的钨载体的非排他性实例包括简单的钨酸盐，硫代钨酸盐，二硫代氨基甲酸钨，二硫代磷酸钨，羧酸钨和二硫代羧酸钨，黄原酸钨和硫代黄原酸钨，含作为配体的羰基、环戊二烯基和硫的多核钨络合物，钨与作为配体的吡啶、联吡啶、腈和膦的含卤素络合物，钨酸(tunsticacid)与脂肪酸甘油酯、酰胺和胺的加合物。适用于此目的的商品的已知实例包括得自vanderbiltinternational的vanlubew-324和得自kingindustries的na-lubefm-1191。
适用于反应性淬火油制剂的钼化合物的非排他性实例包括简单的钼酸盐，硫代钼酸盐，二硫代氨基甲酸钼，二硫代磷酸钼，羧酸钼和二硫代羧酸钼，黄原酸钼和硫代黄原酸钼，含作为配体的羰基、环戊二烯基和硫的多核钼络合物，钼与作为配体的吡啶、联吡啶、腈和膦的含钼络合物，钼酸(molybdicacid)与脂肪酸甘油酯、酰胺和胺的加合物。适用于此目的的商品的已知实例包括得自vanderbiltinternational的molyvanl和molyvan855和得自kingindustries的na-lubefm-1187。
适用于反应性淬火油制剂的硼化合物的非排他性实例是分散的硼酸、分散的金属硼酸盐、硼酸与胺和氨基醇的加合物、硼酸酯和含硼簇阴离子的离子液体。适用于此目的的商品的已知实例包括得自vanderbiltinternational的vanlube289和得自kingindustries的na-lubefm-1187。
适用于反应性淬火油制剂的硫化合物的非排他性实例是元素硫或各种油溶性有机硫化合物，所谓的硫载体包括但不限于硫化烃、硫化脂肪酸和硫化酯。
适用于反应性淬火油制剂的磷化合物的非排他性实例是磷酸三酯，诸如磷酸三甲苯酯，单和二烷基磷酸偏酯的胺中和混合物，乙氧基化单和二烷基磷酸，二硫代磷酸二烷酯等。
测试淬火油的不同组成。在一组优选的实施方案中，在不同的测试中，来自nynaspetroleum的环烷烃基油t22与以1重量％和10重量％之间的处理水平使用的来自oronite的通用淬火油添加剂包oloa4751和以1重量％和20重量％之间的处理水平使用的硫代磷酸钼组合使用。
在一些其他测试实施方案中，使用淬火油的其他常用添加剂。得自microslubricationtechnologies的脂肪酸甘油三酯plasmoilmr-a以高达10重量％的浓度加入以提高分散性并改善润湿性。二烷基多硫化物additinrc2540以高达10重量％的量加入，以提供s的另外来源。得自oronite的二硫代磷酸锌oloa262以高达5重量％的浓度使用，以降低淬火油的氧化并提供s和p的另外来源。这些额外添加剂的主要目的是延长淬火油的使用寿命，而不会对固体润滑剂层的形成产生决定性影响。
图4是示出在反应性油中淬火的一种样品和在常规油中淬火的类似样品的表面组成的图。表面组成使用x射线荧光测量分析。很容易注意到，使用反应性淬火方法加工的试样的化学表面组成与使用常规方法加工的试样的化学表面组成非常不同。掺杂元素如s、zn和mo的浓度低于常规淬火情况下的检测极限。
而且，处理过的部件的外观和摩擦学性质变得完全不同。图5是图示与以常规方式淬火的表面相比，不同转速对根据上面提供的组成的反应性淬火油中淬火的表面的摩擦系数(cof)的图。可以容易地得出结论，与常规淬火方法相比，反应性淬火生成具有较低摩擦系数的表面。所提供的数据是在与交叉圆柱体构造测试样本接触的润滑摩擦测试-探针布置中在不同的样本旋转速度下获得。初始赫兹接触压力为约1gpa。
通过使用s、p、b、mo和w中的至少一种反应性淬火生成的钢制品因此提供包含s、p、b、mo和w中的至少一种的固体润滑剂的表面层。图6示意性地示出这种氮化钢制品100的一部分的横截面。块体金属合金是对应于氮化步骤之前的原始钢制品的钢102。在氮化期间，热处理可以改变原始钢制品的金属相，但具有相同的组成。在一些应用中，有利的是具有马氏体和/或奥氏体结构，给予制品高硬度。靠近钢制品100的表面104，形成氮化层110或边界层，在该实施方案中，其由两个区114和116组成。扩散层116或氮扩散区形成到块体材料102的过渡。复合层114或氮复合区通常包含主要为六方晶型ε相的氮化物/碳氮化物。平均氮浓度朝向新氮化产物的表面增加。区之间的边界通常不是尖锐的，而是从一种层构成到另一层构成的逐渐过渡。如图5右侧的示意图所示意性指示，氮浓度通常从钢制品100的块体102向表面增加。固体润滑剂的表面层120直接粘结到氮化层110，并且在该特定实施方案中，粘结到复合层114。换句话说，固体润滑剂直接化学键合到具有最高氮含量的氮化物层的新提供的表面部分。
在另一实施方案中，例如在corr-i-
通过在转移到淬火期间将钢制品维持在没有主要污染物，例如具有高氨或氮含量的清洁气氛中，将降低表面的脱氮和表面的污染。这意味着固体润滑剂将在其上形成的表面是清洁的并且具有高氮浓度。在所形成的固体润滑剂和氮化物层之间的粘结由此变得基本上不含污染物。
在其他实施方案中，氮化步骤可以根据现有技术中已知的其他氮化工艺执行。这些替代氮化工艺的细节不会以任何决定性方式影响固体润滑剂涂层，因此在此不作更详细的描述。在这样的实施方案中，氮化层可以包括例如只有氮扩散区或只有氮扩散区和氮复合物区。
淬火速度和淬火油中掺杂元素(s、p、b、mo、w)的浓度对可以实现的固体润滑剂的厚度有一些限制。为了实现所需的摩擦学性质，优选通过紧密结合的固体润滑剂层具有均匀的表面覆盖度。由于固体润滑剂层存在典型的表面粗糙度和基本随机形成，优选平均厚度大于0.1μm的固体润滑剂层。这已经通过上面进一步提供的测试容易地实现。
在某些应用中太厚的固体润滑剂层可能是不利的。一部分来自必需添加剂的淬火油的快速消耗，厚层更容易剥落，污染淬火浴，并且对于非常厚的层，钢制品的允许尺寸可以变得超出容许限度。此外，根据反应性淬火的本发明技术、反应物质在油中的浓度和/或时间，钢制品具有足以引起固体润滑剂层形成的高温，通常对最大层厚度设定一定的极限。目前认为优选具有不超过几微米的厚度的固体润滑剂层。
本发明技术适用于多种制品。一些非限制性实例是齿轮、曲轴、凸轮轴、齿条、小齿轮、轴、座圈、传动轴、中心销和液压马达缸体、泵叶片、活塞裙、链条组件、滑道、凸轮从动件、阀门部件、挤出机螺杆、压铸工具、锻模、挤出模头、枪支组件、喷射器、塑料模具、传送器导轨等。
图7a示意性地示出用于制造钢制品100的设备1的实施方案。设备1包括氮化室10。氮化室10构造成用于在350℃至650℃区间的硝化温度下使钢制品100氮化，得到氮化钢制品。在该实施方案中，氮化室10包括入口阀18，钢制品100经入口阀18进入并定位在固持器15上。加热器元件14设置在氮化室10中以提供所需的温度。提供多个气体入口12，并根据氮化室10内所需的气氛来控制气体的供应。连续地改变氮化室10内的气氛，并且因此允许气氛经气体出口17离开氮化室。气体入口12、气体出口17和加热器元件14优选基于监测氮化室10内的温度和气氛组成的传感器(未示出)来控制。
氮化工艺结束时，打开通向淬火体积20的出口阀16。淬火体积20包含反应性淬火油150，反应性淬火油150包含s、p、b、mo和w中的至少一种。通向淬火容积20的气体入口36确保淬火容积20中的气氛具有足以缓解钢铁制品100的脱硝的氮活性。通常，加入氮气。
提供传送装置30用于相对于包含反应性淬火油的所述淬火体积移动氮化钢制品100。在该实施方案中，水平平移装置32布置成经出口阀16进入，机械连接到固持器15并且缩回到淬火体积20。此后，可以关闭出口阀16，以便在淬火期间保护氮化室10以免气体和气体从反应性淬火油150排出。传送装置30的垂直平移装置34继续钢制品100的移动并且通过垂直平移，钢制品100在反应性淬火油150中淬火。传送装置30由此在还具有硝化温度时移动钢制品100，并且允许氮化钢制品100在淬火体积20的反应性淬火油150中淬火。该淬火导致在氮化钢制品上形成包含s、p、b、mo和w中的至少一种的固体润滑剂。
在该特定实施方案中，传送装置30因此布置成用于在具有氮势的气氛中移动氮化钢制品100，从而禁止氮化室10和淬火体积20之间的整个距离脱氮。
而且，在该实施方案中，如果传输没有延迟地执行，则传送装置30布置成在硝化温度下移动氮化钢制品100经过氮化室10和所述淬火体积20之间的整个距离。
在一个替代实施方案中，氮化室10可以仅具有一个阀门，其用于引入钢制品100并从氮化室10移出钢制品100。
图7b示意性地示出用于制造钢制品100的设备1的另一实施方案。在该实施方案中，淬火体积20位于氮化室10的下方。传送装置30在此适于将钢制品100垂直地移动到淬火油150中。
本发明技术中的一种关键组分是反应性淬火油。在一个优选的实施方案中，用于在钢制品上提供固体润滑剂层的淬火油包含基础油和包含s、p、b、mo和w中的至少一种的添加剂。在一个优选的实施方案中，淬火油包含s以及mo和w中的至少一种。
该基本方面可以在很多方面有所不同。已经结合上面提供的方法的详细实施方案提供了一些实施方案。
根据淬火类型：冷、温热或热，在制剂中优选使用不同的矿物基油：从冷淬火的100n到热淬火的600n。因此，较低粘度的油如t22(nynas)、sn100或sn200(total)更适合在加速或中等冷却下的冷淬火，而较重的产品如sn500(total)或t100(nynas)更适合在加速冷却下的热淬火。
淬火油最重要的性质是粘度(astmd445)、闪点(astmd92或d93)、水含量(astmd6304)、酸值(astmd664)、沉淀值(astmd91)、金属含量(astmd4951或d6595)和gm淬火计(astmd3520)或冷却曲线分析(astmd6200)。冷却曲线分析允许容易地检测由于油氧化或水污染引起的冷却速率的变化。在一定极限内，冷却曲线可以通过使用添加剂来“校正”。
添加剂策略通常相对于温度不变，并且旨在提供在淬火期间更稳定的油。最常见的添加剂是酚类和胺类抗氧化剂、总碱值缓冲和去污添加剂，包括磺酸钙、酚盐和无灰胺、烃基取代的琥珀酸酯、酰胺和酰亚胺。这样的添加剂在现有技术中同样是已知的，例如，自美国专利us6,239,082或us7,358,217已知。已知商业包装的非排他性实例是得自oronite的oloa4750、oloa4751以及得自lubrizol的lz5357。优选地，淬火油包含以最多10重量％的量的这些淬火油添加剂。
已经有利地用于反应性淬火的淬火油的另一特定实施方案可以根据以下组成：
通用淬火油添加剂包，lubrizol5357s4％至6％
硫代氨基甲酸钨1％至10％
基础油ns100余量
已经有利地用于反应性淬火的淬火油的又一特定实施方案可以根据以下组成：
上述实施方案应被理解为是本发明的几个说明性实例。本领域的技术人员应当理解，可以对实施方案做出各种修改、组合和变化，而不背离本发明的范围。具体地，在技术上可能的情况下，不同实施方案中的不同部分解决方案可组合为其他配置。然而，本发明的范围由所附权利要求书限定。