专利名称：钢铁表面强化处理方法
技术领域：
本发明涉及金属的或用金属的表面多步法化学或物理处理的方法。
为提高钢铁表面耐蚀耐磨性能，常用以下处理方法采用低温氮碳共渗热处理后加氧化处理。钢铁零件经低温氮碳共渗热处理后，在零件表面形成一个ε-相白色层。白色层表面存在一个易被腐蚀的疏松层，其厚度取决于处理温度及处理时间，温度越高、时间越长，所形成的疏松层越厚。这一含有疏松层的ε-相白色层在标准盐雾试验条件下，经14～17小时开始出现锈点。当低温氮碳共渗后立即进行氧化处理，则零件表面形成一个氧化物层，可提高零件的耐蚀耐磨性能，在标准盐雾试验条件下，经36～40小时开始出现锈点。但由于疏松层结构特点和氧化工艺的局限性，零件表面“峰谷”状的疏松点依然存在，限制了零件耐蚀耐磨性能的进一步提高。
氮碳共渗-氧化-机械抛光/电解抛光-再氧化的复合处理方法，亦称NQPQ法。经这种复合处理的零件，其ε-相表面的疏松层得到充分消除，表面光洁度大为提高，具有良好的耐蚀耐磨性能，在标准盐雾试验条件下，经过70～80小时才出现锈点。这一复合处理方法的主要缺陷是工艺复杂烦锁，且不适用于处理形状复杂的零件。
化学沉积镍基合金工艺。采用化学沉积法在零件表面沉积一层镍基合金，适用于各种形状的零件，表面镀层厚度均匀，耐蚀性优于奥氏体不锈钢;表面硬度高，若通过适当的热处理，显微硬度可达HV1000左右，具有良好的耐磨性。但是，应用这种工艺镀复钢铁零件，其效果并不理想，原因在于镀层极薄，约为5～10μm，其覆盖密封性有限，腐蚀介质会通过镀层“微孔”腐蚀钢铁零件基体，耐蚀性能提高有限。若增加镀层厚度，如达到20μm，可进一步提高耐蚀性，但零件在交变应力作用下，厚的镀层容易剥落，同时提高处理成本。
本发明的任务在于提供一种工艺简单，耐蚀耐磨性能优异的钢铁表面强化处理方法。
本处理方法采用下列工艺的依次组合a、低温氮碳共渗热处理或渗氮;
b、零件表面清洗与活化;
c、化学沉积镍基合金。
基本原理钢铁零件经过常用的低温氮碳共渗热处理后，表面形成一个ε-相白色层，白色层表面存在一个“峰谷”状疏松层;采用常用的化学沉积法，利用表面存在的峰谷状疏松层，沉积一层能与疏松层紧密结合的镍基合金层;为使化学沉积工艺发挥最佳效果，必须对低温氮碳共渗热处理后的钢铁零件进行清洗与活化。
图1为钢铁零件经本强化处理后的表面形貌图，图中1-基体，2-ε-相层，3-结合层，4-化学沉积层。
上述的氮碳共渗或渗氮技术，包括气体法、盐浴法和离子渗氮法，常用温度为500～690℃。
上述的化学沉积镍基合金，包括化学沉积镍磷合金和化学沉积镍硼合金。沉积最好在酸性镀槽中进行，每1000ml水溶液中含NiCl2或NiSO410～50g，最佳值为20～30g，PH值为4.0～5.0。镀层厚度5～15μm，或根据需要而定。
零件的清洗与活化包括以下步骤Ⅰ、用浓度为10～30%的HCl水溶液，在温度为50～70℃下清洗0.5～3分钟;
Ⅱ、清水漂洗;
Ⅲ、用浓度为20%左右的HCl水溶液，在温度为80～90℃下，浸渍3秒钟;
Ⅳ、快速清水漂洗;
Ⅴ、置入PH值为4.0～5.0的酸性化学沉积槽。
本发明的钢铁表面强化处理方法，其优点是1、同工艺复杂的NQPQ法比较，耐蚀耐磨性能高4倍以上;同单一的低温氮碳共渗或单一的化学沉积镍基合金工艺比较，能产生意想不到的耐蚀耐磨效果。
2、适用范围广，包括形状复杂和容易变形的零件;
3、操作简便，成本低廉，所含步骤工艺成熟，易推广应用。
实施例1工件20＃钢试片。
600℃尿素气体氮碳共渗2小时;
浸入60℃、10%HCl水溶液1分钟→清水漂洗→浸入80℃、20%HCl水溶液4秒钟→清水漂洗→置入镀槽;
镀液每1000水溶液中含有NiSO427g、次亚磷酸钠20g、醋酸钠10g、柠檬酸三钠10g，温度82℃，PH值4.5，镀复30分钟，镀层厚度5～9μm。
处理后的工件，在标准盐雾条件下，经314小时后出现点蚀，磨擦量1.1。
实施例2工件40Cr钢制造的疏水阀阀座;
590℃下低温氮碳共渗2.5小时;
清洗活化工艺与实施例1相同;
镀液NiCl222g/l，次亚磷酸钠21g/l，温度85℃，PH值4.5;镀复时间为30分钟，镀复厚度为10～15μm。
处理后的工件，在标准盐雾条件下，经325小时后开始出现点蚀。用普通钢制作为零件，用本方法处理后，可代替不锈钢使用。
各有关对比数据列于表1和表2
注1、磨损在销盘式磨损试验机上进行，负荷0.2MPa，磨损距离1400m。
2、渗碳温度930℃，时间2h。
3、氮碳共渗温度600℃，时间2h。
4、离子氮化温度520℃，时间4h。
5、气体氮化温度520℃，时间70h。
权利要求
1.一种钢铁表面强化处理方法，包括低温氮碳共渗或渗氮热处理工艺，化学沉积镍基合金工艺，本发明的特征在于采用下列工艺的依次组合a、低温氮碳共渗热处理或渗氮；b、零件表面清洗与活化；c、化学沉积镍基合金。
全文摘要
一种包含氮碳共渗或渗氮、化学沉积镍基合金的钢铁表面强化处理方法，通过工艺的合理结合，使处理后的钢铁零件的耐蚀耐磨性能比已有的处理方法高4倍以上，适用于各种形状和易变形的钢铁零件表面处理，工艺简单，成本低廉，有普遍推广应用的前景。
文档编号C23C28/00GK1031573SQ8810239
公开日1989年3月8日 申请日期1988年4月23日 优先权日1988年4月23日
发明者李志章, 徐均国, 俞德才, 姚天贵, 王均捷 申请人:浙江大学, 浙江农业大学