专利名称：低温盐浴钒氮硫共渗工艺的制作方法
技术领域：
本发明属化学热处理领域。
机械工程中普通存在摩擦磨损失效方面的问题，机械零、部件相对运动的摩擦副之间发生的摩擦磨损具有广泛的代表性。为了解决机械零件存在的这类问题，人们在材料和材料表面处理方面进行了许多研究工作，以改善相关零件的摩擦学特性。例如采用化学热处理方法，可在机械零件表面形成具有新的耐磨、减摩特性的渗层，从而提高机械零部件的使用寿命。
中国机械工程学报(V.123，NO、1，1987 P55-62)发表的胡以正等研究的无污染硫氮碳共渗所工艺，对45钢而言，所得渗层硬度≤HV0.05650，有很好的减摩，抗咬死和耐粘着磨损特性，但抗磨料磨损性差;已知的渗钒层硬度非常高，一般可达HV0.051800-2500，有很好的抗磨料磨损特性，但耐粘着磨损性差，并且已有的渗钒工艺均在800-1000℃的高温下进行，如日本新井透等人进行的研究工作(见日本“热处理”杂志15卷1号P8-16，昭和50年2月)，由于处理温度高，所以工件变形较大，其应用受到限制。
本发明的目的是开发一种能在低温实施的、兼具抗磨料磨损和耐粘着磨损、减摩、抗咬死等综合摩擦学特性的化学热处理渗层。为此，提出本发明低温盐浴钒氮硫共渗工艺。
本发明钒氮硫共渗工艺的特征在于共渗盐由含钒基盐(代号FJ，即工作盐)和再生盐(代号ZS)组成，该含钒基盐包括含钒化合物，尿素，碱金属碳酸盐，卤素化合物，含硫化合物和还原剂;该再生盐包括钒化合物，尿素和卤素化合物。所说的作为工作盐浴的含钒基盐的成分范围，按重量%是(NH2)2CO 25-50%Na2CO320-30%K2CO315-25%Li2CO32-8%NaF+NaCl5-11%钒化合物+硫化合物1-5%+还原剂其中还原剂为铝和/或稀土。
所说的再生盐的成分范围，按重量%是尿素65-85%钒化合物10-20%卤素化合物5-20%共渗处理温度为530-600℃。采用普遍外热式坩埚热处理炉即可对工件进行共渗处理。根据熔盐重量和工件装炉量等具体情况，每连续或累计工作12～36小时，用再生盐调整工作盐浴一次，以保持工作盐浴必要的活性。
按本发明共渗工艺处理的W18Cr4V高速钢刀具，渗层硬度HV0.05≥1400，处理的45＃钢工件，渗层硬度HV0.05≥920，该共渗层经X射线衍射分析，确有含钒相存在，用电子扫描检测的钒、氮、硫元素分布示于图1。
按本发明获得的钒氮硫共渗层具有优良的减摩、耐粘着磨损、抗磨料磨损、抗擦伤、抗咬死等综合摩擦学特性，并且对与其配副的未经表面处理的偶件有显著的保护作用，亦即使配副件磨损量降低，减摩性能提高。
本发明的优点是1.处理温度低，工件基体无相变且尺寸和几何形状的变化量很小;
2.共渗盐浴中的CN-浓度可控制在0.4%以下，能实现无污染作业;
3.与硫氮碳共渗层相比较，由于钒的渗入而大幅度提高了渗层硬度;
4.渗层的减摩，耐粘着磨损、抗磨料磨损、抗擦伤、抗咬死等综合摩擦字性能优良。
图1是用电子扫描检测绘出的本发明之共渗层的钒氮与硫的分布。
图1-a是钒元素线扫描;
图1-b是氮元素线扫描;
图1-c是硫元素线扫描。
实施例1处理材料45钢盐浴成分
(NH2)2CO 30-40%Na2CO325%K2CO318%Li2CO35%NaF+NaCl10%钒化合物+硫化物+还原剂4%处理工艺580℃×4小时结果渗层化合物层深18μm，扩散层深度≥0.6mm，化合物层硬度HV0.05945实施例2处理材料W18Cr4V盐浴成分(NH2)2CO 25-35%Na2CO330%K2CO320%Li2CO36%NaF+NaCl10%钒化合物+硫化物+还原剂4%处理工艺560℃×4小时结果渗层化合物层深10μm，扩散层深度≥0.1mm，化合物层硬度HV0.051450。
实施例3
处理材料HT20-40盐浴成分(NH2)2CO 32-40%Na2CO320%K2CO322%Li2CO37%NaF+NaCl8%钒化合物+硫化物+还原剂3%处理工艺550℃×4小时结果渗层化合物层深12μm，扩散层深≥0.1mm，化合物层硬度HV0.05920。
权利要求
1.一种钒氮硫化学热处理共渗工艺，其特征在于共渗盐由含钒基盐和再生盐组成，并在低温进行共渗处理，该含钒基盐包括含钒化合物、尿素，碱金属碳酸盐，卤素化合物，含硫化合物和还原剂；再生盐包括钒化合物，尿素和卤素化合物。
2.按权利要求1所说的共渗工艺，其特征在于含钒基盐的成分范围按重量%是(NH2)CO 20-50%，Na2CO320-30%，K2CO315-25%，Li2CO32-8%，NaF+NaCl5-11%，钒化合物+硫化合物+还原剂1-5%;再生盐的成分范围按重量%是尿素65-85%，钒化合物10-20%，卤素化合物5-20%。
3.按权利要求1或2所说的共渗工艺，其特征在于该还原剂为铝和/或稀土。
4.按权利要求1所说的共渗工艺，其特征在于共渗温度范围为530-600℃。
全文摘要
本发明是一种能在600℃以下，使工件在基体无相变前提下实现钒氮硫共渗的低温盐浴化学热处理新工艺。除最终回火温度低于530℃的钢种外，可处理其它任何牌号的钢铁工件，并使其获得优良的耐粘着磨损、耐磨粒磨损、减摩、抗咬死及抗疲劳性能，应用面宽广。此外，本发明还具有处理的工件变形很小、设备简单、能耗低和实现了无污染作业等特点。
文档编号C23C12/02GK1041978SQ8910812
公开日1990年5月9日 申请日期1989年10月21日 优先权日1989年10月21日
发明者赵源, 胡以正, 韦习成 申请人:机械电子工业部武汉材料保护研究所