镧—氮共渗稀土催渗剂制造技术

镧—氮共渗稀土催渗剂，它涉及一种化学热处理渗氮催渗剂。为解决前期的以镧铈稀土为主体的混合稀土催渗剂，在应用中存在稀土利用率较低，残渣量较大；催渗剂容易失效等缺陷。本发明专利技术镧-氮共渗稀土催渗剂采用下述成分按照重量百分比组成：氯化镧40～80％；氯化铵：10～50％；双氰胺5～30％；尿素：5～30％。稀土元素是以La为主体的氯化镧稀土，其中的镧(La)含量为：90～99％(La2O3／Re2O3)，其中铈(Ce)的含量小于5％(CeO2／Re2O3)。可以降低渗氮初期排气升温阶段对稀土催渗剂的影响，使稀土元素的挥发量更大，产生出更多的活性稀土原子，提高催渗功效，使其催渗作用稳定，本发明专利技术具有稀土利用率较高，产生的稀土残渣少，对渗氮前期排气工艺时间不敏感，催渗剂不容易失效，提高催渗效果等特点。

【技术实现步骤摘要】
镧-氮共渗稀土催渗剂
本专利技术涉及一种化学热处理镧-氮共渗稀土催渗剂。
技术介绍
渗氮是重要的化学热处理加工工艺，目前常常采用氨气作为渗氮气氛，在500～540℃温度区间内进行气体渗氮。虽然在渗氮过程中有些采用离子氮化，或者是真空炉渗氮工艺，但是主要的渗氮工艺仍然为井式炉气体氮化。现有的井式炉气体渗氮工艺的特点是设备较为简单耐用，控制手段简单，对于一些特殊工件渗氮的适应性好，运行成本较低；但是也存在能耗较高，工艺时间冗长的缺点，一般的渗氮速度约为0.01mm／h，这是许多应用单位亟需要求改正的重要要求，另外对于部分氮化钢，一旦对表面硬度要求较高时，则对氮化工艺的控制难度增加。稀土由于其原子的电子结构分布的特殊性，其电负性很低，化学活性很强，在化工行业常用做催化剂。试验证明，在化学热处理渗氮过程中，在一定条件下将稀土元素加入到渗氮炉内，可以使某些稀土元素与氮原子形成共渗，强化渗氮过程，加速氮原子向工件表面的渗入，从而提高了渗速，起明显的催渗作用，实践证明根据渗氮钢材质不同，可提高渗速30～60％。稀土尽管其原子半径比铁原子大约40％，但由于电子结构分布的特殊性，在C、N、H、O等多元体系中极易产生极化或离子化，从而可以渗入到钢的表面层。研究指出，稀土是通过钢中的缺陷网络如晶界、亚晶界、错位线、空位等，以单原子或双原子形式进行扩散，并在这些缺陷网络偏聚，最终在钢中形成稀固溶液，起微合金化作用，使氮化物及金相组织细化，从而起到改善渗层组织和性能的作用。以前常用的稀土催渗剂材料基本是镧铈氯化稀土(La：33％；Ce：66％)，我们通过生产实践与实验得知，该稀土催渗剂在使用中存在着稀土利用率较低，产生较大量的稀土残渣；对渗氮前期排气工艺时间敏感，容易造成催渗剂失效等缺陷，尤其是对于空间较大的渗氮炉，升温和排气时间较长，由于在催渗剂中含有较大量的稀土铈元素，而铈很容易发生变价，由Ce3+→Ce4+，容易生成稀土氯氧化物(ReOCl)，氯氧化稀土的挥发点增高，并且物理化学性能趋于稳定，这样就会导致稀土催渗剂失效。根据稀土元素的性质研究，得知在稀土元素中镧(La)的化学活性最高，并且其只能形成3价态，其熔点要比元素铈(Ce)低很多，与H、N、B这些常用的化学热处理间隙元素的结合能力也大于镧系的其它元素，研究证明更适于化学热处理稀土催渗剂应用，并且其储量大，价格便宜，所以更适用于化学热处理稀土催渗剂应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有稀土催渗剂存在的上述问题，提供一种稀土利用率较高，产生的稀土残渣少，对渗氮前期排气工艺时间不敏感，催渗剂不容易失效的镧-氮共渗稀土催渗剂。本专利技术的镧-氮共渗稀土催渗剂的技术方案是：镧-氮共渗稀土催渗剂由下述成分按照重量百分比组成：氯化镧40～80％；氯化铵：10～50％；双氰胺5～30％；尿素：5～30％。稀土元素是以La为主体的氯化镧稀土，其中的镧(La)含量为：90～99％(La2O3／Re2O3)，其中铈(Ce)的含量小于5％(CeO2／Re2O3)。氯化铵、双氰胺、尿素均为化学纯。镧-氮共渗稀土催渗剂为粉状或膏状混合物，由覆塑膜纸盒作为包装盒，浸蜡密封。本专利技术镧-氮共渗稀土催渗剂中的主要稀土元素为镧(La)，其含量为90～99％(La／Re)，减少了铈元素的比例，其化学活性增加，加强催渗功能效果；研究证明其催渗功效可比用镧铈稀土制成的稀土催渗剂的催渗效果提高5～10％，并且重现性好；本专利技术镧-氮共渗稀土催渗剂中添加双氰胺助剂，一方面减少了稀土用量，并且降低了催渗剂中的含氧量；另一方面降低了氯化镧混合物的挥发温度，在渗氮温度下更容易挥发分解，增大炉气中稀土催渗材料的浓度，提高催渗效果；本专利技术由于大幅度降低了稀土铈元素的含量，克服了由于铈发生变价生成氯氧化物稳定物的可能性，降低了在工艺升温排气时由于炉气中含氧量较高，温度较高，铈化合物容易发生变价氧化，造成炉气条件对稀土催渗剂失效的敏感，提高了催渗效果的稳定性，并且提高了稀土催渗剂渗氮的应用适应性。本专利技术具有稀土利用率较高，产生的稀土残渣少，对渗氮前期排气工艺时间不敏感，催渗剂不容易失效，提高催渗效果等特点。附图说明图1实验所用的基本渗氮工艺。图2为42CrMo钢常规渗氮与镧稀土催渗剂和镧铈稀土催渗剂渗氮动力学曲线对比。图3为38CrMoAl钢常规渗氮与镧稀土催渗剂和镧铈稀土催渗剂渗氮动力学曲线对比。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的镧-氮共渗稀土催渗剂由下述成分按照重量百分比组成：氯化镧40～80％；氯化铵：10～50％；双氰胺5～30％；尿素：5～30％。其中的稀土为氯化镧稀土，稀土组分为：含镧(La)：90～99％(La2O3／Re2O3)，其中铈(Ce)的含量小于5％(CeO2／Re2O3)。对照所用的固体稀土催渗剂为镧铈稀土催渗剂，其主要成分为：氯化稀土：40～80％；氯化铵：10～50％；尿素：5～30％，其中的稀土为镧铈氯化稀土，稀土组分为：含镧(La)：33％(La2O3／Re2O3)，含铈(Ce)66％(CeO2／Re2O3)。对照所用的常规渗氮不加入任何稀土催渗剂。具体实施方式二：本实施方式通过下述技术方案实现其专利技术目的：一、试验条件：1、渗氮设备：RN6-280-6井式气体渗氮炉。2、工艺基本条件：氨流量：2.3～2.6m3／h，炉压：120～180mm水柱3、试验材料：在正常渗氮作业时加入试验特制的38CrMoAl钢试块；和42CrMo钢试块；4、稀土催渗剂分别为：镧稀土催渗剂；组成为：氯化镧40～80％；氯化铵：10～50％；双氰胺5～30％；尿素：5～30％。其中的稀土为氯化镧稀土，含镧(La)：90％(La2O3／Re2O3)，其中铈(Ce)的含量小于5％(CeO2／Re2O3)。镧铈稀土催渗剂：组成为：氯化稀土：40～80％；氯化铵：10～50％；尿素：5～30％，其中的稀土为镧铈氯化稀土，稀土组分为：含镧(La)：33％(La2O3／Re2O3)，含铈(Ce)66％(CeO2／Re2O3)。5、所进行的三种形式的渗氮试验分别为：常规渗氮试验；采用镧铈稀土催渗剂的稀土渗氮试验和采用镧-氮共渗稀土催渗剂的稀土渗氮试验，其基本工艺一致，装炉量基本一致。工艺如图1所示。二、试验结果：1、42CrMo钢三种试样条件下试验所得到的动力学曲线及渗氮速度：在不同的渗氮条件下得到的动力学曲线情况可见图2。根据试验结果可以看出，采用相同工艺，加入稀土催渗剂与不加稀土催渗剂在渗氮速度上明显提高，采用镧铈稀土催渗剂的渗氮速度要比不加稀土的渗氮速度提高62％；而采用镧-氮共渗稀土催渗剂的渗氮要比不加稀土的渗氮速度提高67％，即采用镧-氮共渗稀土催渗剂的渗氮速度要比加入镧铈稀土催渗剂的渗氮速度提高8％；2、38CeMoAl钢钢三种试样条件下试验所得到的动力学曲线及渗氮速度：加入不同的有机稀土情况下的动力学曲线情况可见图3。根据试验结果可以看出，采用相同工艺，加入稀土催渗剂与不加稀土催渗剂在渗氮速度上明显提高，采用镧铈稀土催渗剂的渗氮速度要比不加稀土的渗氮速度提高31％；而采用镧-氮共渗稀土催渗剂的渗氮速度要比不加稀土的渗氮速度提高39％，即采用镧-氮共渗稀土催渗剂的渗氮速度要比加入镧铈稀土催渗剂的渗氮速度提高本文档来自技高网...

【技术保护点】
镧‑氮共渗稀土催渗剂，其特征在于它由下述成分按照重量百分比组成：氯化镧40～80％；氯化铵：10～50％；双氰胺5～30％；尿素：5～30％。

【技术特征摘要】
1.镧-氮共渗稀土催渗剂，其特征在于它由下述成分按照重量百分比组成：氯化镧稀土40-80％；氯化铵：10-50％；双氰胺5-30％；尿素：5-30％；所述氯化镧稀土，其镧(La)的含量为：90-99％，铈(Ce)的含量小于5％...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷吉海，刘成友，吕军成，田野，董静，张铁锋，张国良，
申请(专利权)人：哈尔滨商业大学，哈尔滨意锋稀土材料开发有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23