一种合金钢低温氮碳氧共渗膜的制备方法与流程

1.本发明涉及金属材料表面处理技术领域，尤其涉及一种合金钢低温氮碳氧共渗膜的制备方法。


背景技术：

2.黑色金属作为一种常规材料，广泛应用于日常生活和工作中，根据应用环境的不同，服役过程中会与空气中的氧气、水雾接触，或本身工作接触酸碱腐蚀性介质，或作为受力件承受接触应力磨损等，均会导致金属材料表面因氧化、腐蚀、磨损等原因产生材料失效，存在结构断裂、外观破损等风险，一定程度上制约其使用，因此，必须经过一定的表面处理以提高其耐蚀性、耐磨性和外观性要求，才能满足某些领域的实际需要。
3.目前成熟的黑色金属表面处理工艺主要有磷化处理、高温碱性氧化处理、高温氮碳氧共渗等技术。磷化处理和高温碱性氧化处理所形成的膜层耐蚀性、耐磨性差成为了制约其使用发展的重要因素，主要存在以下几个问题：磷化和高温碱性氧化所形成的膜层自身耐蚀性差，需结合后续油封处理才能达到一定的耐蚀性，耐蚀性能严重依赖膜层孔隙率和油封，工艺复杂，降低了生产效率和提高了生产成本；磷化和高温碱性氧化所形成的膜层为疏松层，耐磨性差；环保方面，磷化处理为酸性，高温碱性氧化为碱性，对环境造成一定的污染。而高温碳氮氧共渗主要问题则是经过该处理后的黑色金属基体心部硬度降低，无法满足强度要求；因此需要一种黑色金属材料表面处理技术，来解决由黑色金属材料制成的零件耐磨性差、耐蚀性差、心部硬度低及外观质量差等问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种合金钢低温氮碳氧共渗膜的制备方法，旨在解决由黑色金属材料制成的零件耐磨性差、耐蚀性差、心部硬度低及外观质量差等问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种合金钢低温氮碳氧共渗膜的制备方法，具体步骤包括：
6.s1将零件表面的异物去除；
7.s2将零件在碱性去油脂脱脂槽中清洗，然后分别用热水和冷水各清洗一次；
8.s3吹干零件表面水分；
9.s4将零件置于预热炉中预热；
10.s5将零件置于氮化炉中进行氮碳共渗；
11.s6将零件置于氧化炉中进行盐浴氧化；
12.s7将零件用冷水和热水各清洗一次；
13.s8将清洗后的零件置于预热炉中烘干，并对零件表面进行抛光；
14.s9将抛光后的零件按照s2、s3、s4、s6、s7步骤进行二次氧化处理；
15.s10将二次氧化后的零件采用高分子处理液进行浸泡封闭处理。
16.其中，所述将零件表面的异物去除的具体步骤为：采用100目碳化硅金刚砂进行机
械抛光，去除零件表面锈迹等附着异物。
17.其中，所述将零件置于预热炉中预热的具体步骤为：将吹干水分后的零件置于380-400℃预热炉中预热30-40min。
18.其中，所述将零件置于氮化炉中进行氮碳共渗的具体步骤为：将零件置于440-460℃氮化炉中进行氮碳共渗，共渗时间为120-240min；
19.其中，所述将零件置于氧化炉中进行盐浴氧化的具体步骤为：将零件置于400-420℃氧化炉中进行盐浴氧化，时间为20-40min。
20.其中，所述将清洗后的零件置于预热炉中烘干，并对零件表面进行抛光的具体步骤为：将清洗后的零件置于380-400℃预热炉中烘干，然后采用80目三氧化二铝白刚玉对零件表面进行抛光。
21.本发明的一种合金钢低温氮碳氧共渗膜的制备方法，包括s1将零件表面的异物去除；s2将零件在碱性去油脂脱脂槽中清洗，然后分别用热水和冷水各清洗一次；s3吹干零件表面水分；s4将零件置于预热炉中预热；s5将零件置于氮化炉中进行氮碳共渗；s6将零件置于氧化炉中进行盐浴氧化；s7将零件用冷水和热水各清洗一次；s8将清洗后的零件置于预热炉中烘干，并对零件表面进行抛光；s9将抛光后的零件按照s2、s3、s4、s6、s7步骤进行二次氧化处理；s10将二次氧化后的零件采用高分子处理液进行浸泡封闭处理；最终在零件表面形成一定厚度的氮碳氧共渗层，本发明氮化温度仅为440-460℃，可有效保证材料内部强韧性，解决了抗回火温度能力低的材料不能满足氮碳氧共渗的问题；通过控制盐浴温度、加工时间，可得到不同厚度的氮碳氧共渗层，满足不同生产要求；共渗后零件的表面耐磨性、耐蚀性、心部硬度及外观质量均有大幅度提高，从而解决由黑色金属材料制成的零件耐磨性差、耐蚀性差、心部硬度低及外观质量差等问题。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
23.图1是本发明的一种合金钢低温氮碳氧共渗膜的制备方法的流程图。
24.图2是30crmnmotia合金钢氮碳氧共渗金相显微镜图；
25.图3是45钢氮碳氧共渗金相显微镜图；
26.图4是zg50钢氮碳氧共渗金相显微镜图；
27.图5是55fenimo粉末件氮碳氧共渗金相显微镜图；
28.图6是ni18co9mo5粉末件氮碳氧共渗金相显微镜图；
29.图7是20cr13不锈钢氮碳氧共渗金相显微镜图；
具体实施方式
30.请参阅图1，其中，图1是本发明的一种合金钢低温氮碳氧共渗膜的制备方法的流程图。
31.本发明提供一种合金钢低温氮碳氧共渗膜的制备方法，具体步骤包括：
32.s1将零件表面的异物去除；
33.采用100目碳化硅金刚砂进行机械抛光，去除零件表面锈迹等附着异物。
34.s2将零件在碱性去油脂脱脂槽中清洗，然后分别用热水和冷水各清洗一次；
35.将零件在60-80℃碱性去油脂脱脂槽中清洗，然后分别用热水和冷水各清洗一次。
36.s3吹干零件表面水分；
37.吹干零件表面水分，避免上工序表面残留污迹影响零件外观。
38.s4将零件置于预热炉中预热；
39.将吹干水分后的零件置于380-400℃预热炉中预热30-40min，为氮化做温度准备，以减少变形和保证良好的外观质量。
40.s5将零件置于氮化炉中进行氮碳共渗；
41.氮化工艺:将零件置于440-460℃氮化炉中进行氮碳共渗，共渗时间为120-240min；通过调整氮化温度和加工时间，得到不同厚度的渗层。
42.s6将零件置于氧化炉中进行盐浴氧化；
43.氧化工艺：将零件置于400-420℃氧化炉中进行盐浴氧化，时间为20-40min，形成黑色氧化膜。
44.s7将零件用冷水和热水各清洗一次；
45.s8将清洗后的零件置于预热炉中烘干，并对零件表面进行抛光；
46.将清洗后的零件置于380-400℃预热炉中烘干，然后采用80目三氧化二铝白刚玉对零件表面进行抛光，除去共渗零件表面疏松氧化物等。
47.s9将抛光后的零件按照s2、s3、s4、s6、s7步骤进行二次氧化处理；
48.s10将二次氧化后的零件采用高分子处理液进行浸泡封闭处理。
49.将二次氧化后的零件采用高分子处理液进行浸泡封闭处理，进一步提高外观质量、抗腐蚀性能。
50.本发明所述的一种合金钢低温氮碳氧共渗膜的制备方法，最终在零件表面形成一定厚度的氮碳氧共渗层，本发明氮化温度仅为440-460℃，可有效保证材料内部强韧性，解决了抗回火温度能力低的材料不能满足氮碳氧共渗的问题；通过控制盐浴温度、加工时间，可得到不同厚度的氮碳氧共渗层，满足不同生产要求；共渗后零件的表面耐磨性、耐蚀性、心部硬度及外观质量均有大幅度提高，从而解决由黑色金属材料制成的零件耐磨性差、耐蚀性差、心部硬度低及外观质量差等问题；本发明为低温氮碳氧共渗表面处理技术，对零件基体尺寸不产生影响，同时耐磨性、耐蚀性都远远优于表面磷化和氧化处理，也较高温碳氮氧共渗工艺的适用性更广泛，利于产品质量保证和表面高性能获得；本发明具有工艺简单、操作方便、低能耗等优点，适用于碳钢、合金钢、铸钢、不锈钢、粉末件(ni基、fe基)等金属材料，对金属材料表面处理技术应用极具较大社会应用价值。
51.请参阅图2-图7，下面结合具体实施案例对本发明进一步详细说明：
52.第一实施例：
53.采用30crmnmotia合金钢为工件，按本发明工艺流程图进行氮碳氧共渗，其氮化工艺：440℃/180min；一次氧化工艺：400℃/20min；二次氧化工艺：420℃/40min。氮碳氧共渗后表面硬度794hv0.1；据表面0.2mm处硬度390hv0.1、心部硬度42hrc、白亮层深度4um。金相显微镜图如图2所示。
54.第二实施例：
55.采用45钢为工件，按本发明工艺流程图进行氮碳氧共渗，其氮化工艺：460℃/
120min；一次氧化工艺：400℃/20min；二次氧化工艺：420℃/40min。氮碳氧共渗后表面硬度560hv0.1；据表面0.2mm处硬度350hv0.1、心部硬度34hrc、白亮层深度5um。金相显微镜图如图3所示。
56.第三实施例：
57.采用zg50钢为工件，按本发明工艺流程图进行氮碳氧共渗，其氮化工艺：460℃/180min；一次氧化工艺：400℃/20min；二次氧化工艺：420℃/40min。氮碳氧共渗后表面硬度550hv0.1；据表面0.2mm处硬度340hv0.1、心部硬度33hrc、白亮层深度5um。金相显微镜图如图4所示。
58.第四实施例：
59.采用fe基粉末件(55fenimo)为工件，按本发明工艺流程图进行氮碳氧共渗，其氮化工艺：450℃/180min；一次氧化工艺：400℃/20min；二次氧化工艺：420℃/40min。氮碳氧共渗后表面硬度545hv0.1；据表面0.2mm处硬度365hv0.1、心部硬度33hrc、白亮层深度3um。金相显微镜图如图5所示。
60.第五实施例：
61.采用ni基粉末件(ni18co9mo5)为工件，按本发明工艺流程图进行氮碳氧共渗，其氮化工艺：460℃/180min；一次氧化工艺：400℃/20min；二次氧化工艺：420℃/40min。氮碳氧共渗后表面硬度810hv0.1；据表面0.2mm处硬度470hv0.1、心部硬度45hrc、白亮层深度3um。金相显微镜图如图6所示。
62.第六实施例：
63.采用20cr13不锈钢为工件，按本发明工艺流程图进行氮碳氧共渗，其氮化工艺：460℃/240min；一次氧化工艺：400℃/20min；二次氧化工艺：420℃/40min。氮碳氧共渗后表面硬度920hv0.1；据表面0.2mm处硬度430hv0.1、心部硬度40hrc、白亮层深度3um。金相显微镜图如图7所示。
64.以上所揭露的仅为本技术一种或多种较佳实施例而已，不能以此来限定本技术之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本技术权利要求所作的等同变化，仍属于本技术所涵盖的范围。

技术特征：
1.一种合金钢低温氮碳氧共渗膜的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：s1将零件表面的异物去除；s2将零件在碱性去油脂脱脂槽中清洗，然后分别用热水和冷水各清洗一次；s3吹干零件表面水分；s4将零件置于预热炉中预热；s5将零件置于氮化炉中进行氮碳共渗；s6将零件置于氧化炉中进行盐浴氧化；s7将零件用冷水和热水各清洗一次；s8将清洗后的零件置于预热炉中烘干，并对零件表面进行抛光；s9将抛光后的零件按照s2、s3、s4、s6、s7步骤进行二次氧化处理；s10将二次氧化后的零件采用高分子处理液进行浸泡封闭处理。2.如权利要求1所述的一种合金钢低温氮碳氧共渗膜的制备方法，其特征在于，所述将零件表面的异物去除的具体步骤为：采用100目碳化硅金刚砂进行机械抛光，去除零件表面锈迹等附着异物。3.如权利要求2所述的一种合金钢低温氮碳氧共渗膜的制备方法，其特征在于，所述将零件置于预热炉中预热的具体步骤为：将吹干水分后的零件置于380-400℃预热炉中预热30-40min。4.如权利要求3所述的一种合金钢低温氮碳氧共渗膜的制备方法，其特征在于，所述将零件置于氮化炉中进行氮碳共渗的具体步骤为：将零件置于440-460℃氮化炉中进行氮碳共渗，共渗时间为120-240min。5.如权利要求4所述的一种合金钢低温氮碳氧共渗膜的制备方法，其特征在于，所述将零件置于氧化炉中进行盐浴氧化的具体步骤为：将零件置于400-420℃氧化炉中进行盐浴氧化，时间为20-40min。6.如权利要求5所述的一种合金钢低温氮碳氧共渗膜的制备方法，其特征在于，所述将清洗后的零件置于预热炉中烘干，并对零件表面进行抛光的具体步骤为：将清洗后的零件置于380-400℃预热炉中烘干，然后采用80目三氧化二铝白刚玉对零件表面进行抛光。

技术总结
本发明涉及金属材料表面处理技术领域，具体涉及一种合金钢低温氮碳氧共渗膜的制备方法，包括：S1将零件表面的异物去除；S2将零件在碱性去油脂脱脂槽中清洗，然后分别用热水和冷水各清洗一次；S3吹干零件表面水分；S4将零件置于预热炉中预热；S5将零件置于氮化炉中进行氮碳共渗；S6将零件置于氧化炉中进行盐浴氧化；S7将零件用冷水和热水各清洗一次；S8将清洗后的零件置于预热炉中烘干，并对零件表面进行抛光；S9将抛光后的零件按照S2、S3、S4、S6、S7步骤进行二次氧化处理；S10将二次氧化后的零件采用高分子处理液进行浸泡封闭处理；从而解决由黑色金属材料制成的零件耐磨性差、耐蚀性差、心部硬度低及外观质量差等问题。心部硬度低及外观质量差等问题。心部硬度低及外观质量差等问题。


技术研发人员：李洪 姜黎明 王宪升 刘科言 李晓寅 陈梨 吉永东 罗维刚
受保护的技术使用者：重庆建设工业（集团）有限责任公司
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/7/20