[发明专利]金属表面盐浴氮碳共渗的方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属表面热处理的方法，具体涉及一种金属表面盐浴氮碳共渗的方法。

背景技术

随着科技的不断进步，工件的服役条件变得越来越苛刻，因此对金属零件表面性能的要求越来越高。对于金属零件来说，耐磨、高强度、美观是金属零件表面的基本要求。

氮碳共渗是同时向工件表面渗入氮元素和碳元素，而改变钢铁材料组织形态，因而也改变钢铁材料在静载荷和交变应力下的强度性能、摩擦性、成形性及耐腐蚀性。工件经氮碳共渗后，表面获得共渗组织。在所有工业领域中，应用氮碳共渗提高钢铁材料强度、抗磨性、抗咬合性能和抗腐蚀性能已在技术上获得广泛应用。

盐浴氮碳共渗也称液体氮碳共渗，是在含有活性氮原子和活性碳原子的熔盐液中完成氮和碳渗入工件表面的过程，具有设备简单、操作方便、渗速快、生产成本低等优点。

早期的盐浴氮碳共渗所用的盐主要是含有氰化钠和氰化钾的氰盐，氰盐溶化后经过氧化产生氰酸盐，再由氰酸盐氧化或分解获取活性氮原子和活性碳原子。氰盐盐浴稳定性好，流动性也好，共渗质量稳定，但其毒性较大，现已很少使用。

现有的盐浴氮碳共渗技术，其盐浴主要由尿素、碳酸盐（M₂CO₃）以及适量的稀土催化剂和氧化剂组成，其中尿素热分解产生[N]、[C]原子，主要发生如下各式所列的化学反应：

（NH₂）₂CO                                                       CO+2[N]+2H₂                                                  （1）

2CO     [C]+CO₂                                                         （2）

2（NH₂）₂CO+M₂CO₃   2MCNO+2NH₃+CO₂+H₂O     （3）

上述（2）式中的CO₂是氧化性气体，在一定温度下与NH₃发生化学反应产生CO，并产生活性[N]、[C]原子：

2NH₃     3H₂+2[N]                                                        （4）

CO₂+H₂      CO+ 2H₂O                                                  （5）

盐浴中起主要作用的是CNO^-，它表明盐浴的活性。CNO^-分解生成氮、碳原子渗入零件表面，但同时也生成了有毒的氰化物，即使盐浴在开始时并没有氰化物，发生的主要反应如下：

2CNO^-+ O₂    CO₃^2-+CO+2[N]                （6）

4CNO^-   CO₃^2-+2CN^-+CO+2[N]                 （7）

2CN^-+ O₂  2CNO^-                                                        （8）

在盐浴氮碳共渗时，氰化物中约50%的量首先用以提供氰酸盐，经送风系统送至盐溶液，一部分氰化物氧化产生氰酸盐，反应方程式（8）简单描述了这个反应。调节送风量，虽可以使部分氰化物氧化生成氰酸盐，但效率低下，而且送风量过强必然会使更多的氰酸盐根据式（6）继续氧化，并在实际生产中会对产品质量造成影响。