专利名称：在高碳势活性气氛中热处理铁基金属零件的方法
技术领域：
本发明涉及一种在高碳势活性气氛中热处理铁基金属零件的方法，该方法使增加金属零件的碳含量成为可能。这种问题类型的处理包括渗碳和碳氮共渗。
人们已知怎样借助于热解醇，特别是甲醇来产生高碳势气氛。这种分解决定了还原物质，如氢和既是渗碳又是还原物质，如一氧化碳的形成。如果需要达到某值浓度，最终可用来自冷藏箱的氮来稀释这些物质。
但是，这种已知的产生高碳含量热处理气氛的方法有某些缺点。
一方面，实际上，所获得的氢和一氧化碳的量是由所使用的醇的原子组成所决定的一个固定比，所以这不适于某些类型的处理。
另一方面，使用的原料，如醇，特别是甲醇涉及高成本和安全考虑的固有问题。
为了避免上述这些缺点，本发明的目的是一种在高碳势活性气氛中热处理铁基金属零件的方法，其特征在于，这种气氛是通过可燃的碳氢化合物和氧含量大于21％(体积)的氧化剂之间催化反应获得的，而该气氛含至少60％(体积)渗碳物质和/或还原物质。
用来产生符合本发明的处理气氛的原料很容易以合理的成本获得，并不存在安全上的危险。事实上而且特别是，使用天然气或甲烷作为可燃物是可能的。
此外，通过使适当调整燃料和氧化剂之间的比例和氧化剂的氧含量，就可获得适用多种需要的宽范的处理气氛成分。
特别是，通过氧化剂的氧含量增加到100％和相应地减少惰性材料，尤其是氮的含量，就可获得在处理该气氛中的100％的渗碳剂和/或还原剂，例如氢和一氧化碳。
此外，减少惰性材料的含量就可在燃烧反应期间达到较高的温度。相对于完全氧化成不希望的材料，如水和二氧化碳而论，这提供了另一优点，即促进形成所希望的材料，如氢和一氧化碳。
该催化燃烧反应可无区别地在与进行热处理的室分离的反应器中进行，也可在包含在该室中的反应器中进行。
最好，该燃烧物的氧含量在21-35％(体积)之间。该氧化剂，例如可借助空气的渗透和吸附的分离的现场分馏装置获得，或通过将天然空气和来自压缩罐或冷藏罐的氧混合获得，或还可通过将氮和来自压缩或冷藏的氧混合获得。
反应较好是在400-1100℃之间温度下进行，尤其是在750-1050℃之间温度进行。
作为燃烧反应的催化剂，可使用现有技术已知的该类反应的所有类型的催化物。例如，可使用载于难熔载体上的以氧化镍为基的或贵金属，如铂、锇、钯和钌及其氧化物为基上的催化剂。
该难熔载体可以是陶瓷类型的载体，最好是以氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钛或氧化镁为基的载体。
现在基于下列非限制性实施例更详细地叙述本发明。实施例1—渗碳燃烧反应器安置在坑式炉外，在其中进行渗碳热处理。该反应器使用由在氧化铝载体上的1％作为催化剂的铂组成的催化系统。向此反应器供给天然气和来自压缩瓶的氧化剂的混合物和与33％(体积)氧含量等体积的氮。氧化剂/天然气的比例等于1.5。在930℃温度下进行的反应产生一种气氛，它包括73％的还原剂(氢和一氧化碳)，24.5％的渗碳物质(一氧化碳)和0.16％的二氧化碳，且露点为-3℃。
将该气氛通入坑式炉中，其中为了使一批钢渗碳保持920℃预定的温度。以这种方式可获得等于1％的碳势。如果需要，在渗碳处理期间可通过将天然气或空气分别直接通入此炉中来增加或降低该碳势。
将一批钢(16MnCr5)进行有效深度[硬度525HV]为0.5-0.6mm的渗碳所需的时间约为1小时30分。
将一批钢[18NiCrMo5]进行有效深度1mm的渗碳所需的时间约为3小时。
将一批钢[20MnCr5]进行有效深度1.4mm渗碳所需的进行时间约为4小时15分。实施例2—碳氮共渗将燃烧反应器安置在其中进行碳氮共渗热处理的箱式炉的外部。在反应器中使用类似于实施例1的催化系统。向反应器供给天然气和氧化剂的混合物，该混合物的氧含量等于氮体积为31％(体积)时的氧含量。通过用冷藏罐的氧使该设备的压缩空气富集而获得该氧化剂。氧化剂/天然气的比例等于1.6。在930℃温进行的该反应产生的气氛包括70％还原物质(氢和一氧化碳)，23.5％渗碳物质(一氧化碳)和0.15％二氧化碳，其露点为-4℃。
在第一步骤时，将该气氛通入设定操作温度为860℃箱式炉中将一批钢渗碳。这样获得的碳势等于0.9％。如果需要，在渗碳期间通过直接向此炉中通入天然气或空气可增加或降低该碳势。
接着，按照现有技术中已知的方法，通过将不同分解度的氨通到炉中，以便控制氮势来进行渗氮步骤。
一批有效深度[硬度525Hv]为0.2mm的C10钢进行碳氮共渗所需的时间约为1小时。
一批有效深度为0.5mm的C10钢碳氮共渗所需时间约为2小时。
不用说，考虑到本发明的原则、实施的细节和实施方案可很宽地改变上述内容而不脱离本发明的范围
权利要求
1.一种在具有高碳势的活性气氛中热处理铁基金属零件的方法，该方法包括通过在碳氢化合物可燃物和氧含量大于21％(体积)的氧化剂之间的催化反应而获得的上述气氛，该气氛至少含60％(体积)渗碳剂和/或还原剂。
2.权利要求1的方法，其中所述氧化剂的氧含量为21-35％(体积)。
3.权利要求1的方法，其中所述氧化剂由现场空气分离系统通过渗透和吸附分馏而获得。
4.权利要求1的方法，其中所述氧化剂通过将天然空气和来自压缩或冷藏罐的氧混合获得。
5.权利要求1的方法，其中所述的氧化剂通过将氮和来自压缩冷藏罐的氧混合获得。
6.权利要求1的方法，其中所述的碳氢化合物燃料是天然气或甲烷。
7.权利要求1的方法，其中所述反应在400-1100℃之间，更好在750-1050℃之间温度下进行。
8.权利要求1的方法，其中所述反应在存有载于难熔载体上的催化剂时进行。
9.权利要求8的方法，其中所述催化物是氧化镍或选自铂、锇、钯和钌的贵金属或其氧化物。
10.权利要求8的方法，其中所述难熔载体是选自氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钛和氧化镁类型的陶瓷。
11.权利要求2的方法，其中所述的氧化剂由现场空气分离系统通过渗透和吸附分馏获得。
12.权利要求2的方法，其中所述的氧化剂通过混合天然空气和来自压缩或冷藏罐的氧来获得。
13.权利要求2的方法，其中所述的氧化剂通过混合氮和来自压缩冷藏罐的氧来获得。
14.权利要求2的方法，其中所述的碳氢化合物可燃物是天然气或甲烷。
15.权利要求2的方法，其中所述的反应在400-1100℃，更好在750-1050℃之间温度下进行。
16.权利要求2的方法，其中所述的反应在存有载于难熔载体上的催化剂时进行。
17.权利要求16的方法，其中所述的催化剂是氧化镍或选自铂、锇、钯和钌的贵金属或其氧化物。
18.权利要求16的方法，其中所述的难熔载体是选自氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钛和氧化镁类型的陶瓷。
全文摘要
在高碳势活性气氛中热处理铁基金属零件的方法,其特征在于该气氛通过碳氢化合物可燃物和氧含量在21%(体积)以上的氧化剂之间的催化反应获得,上述气氛至少含60%(体积)渗碳和/或还原剂。最好,氧化剂氧含量在21—35(体积)之间。
文档编号C23C8/08GK1197036SQ9810595
公开日1998年10月28日 申请日期1998年1月27日 优先权日1997年1月29日
发明者G·波尔托, M·贝尔特拉莫 申请人:普拉塞尔技术有限公司