对工件表面进行无结合层气体渗氮的方法，以及工件技术

本发明专利技术涉及一种在气体氛围下对工件表面进行无结合层气体渗氮的方法，包括以下方法步骤：将工件装入处理室，其中处理室中包含用于向处理室提供流体，特别是用于提供水和气体以产生和维持气体氛围的气体供给装置；在氮气和／或氧气气氛下，特别是在氮气气氛下，加热工件；在第一氮化阶段（Ｎ１）内对工件进行渗氮；在第一渗氮阶段（Ｎ１）之后的第二渗氮阶段（Ｎ２）内继续渗氮，其中根据本发明专利技术在第一渗氮阶段（Ｎ１）和／或第二渗氮阶段（Ｎ２）降低气氛中的氨气含量。本发明专利技术进一步涉及一种工件，特别是按照根据本发明专利技术所述方法进行了气体渗氮的弹簧。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对工件表面进行无结合层气体渗氮方法，以及根据相应类独立权利要求前序部分所述的无结合层渗氮的工件。
技术介绍
在现有技术中例如借助于氨气(NH3)对工件进行气体渗氮的方法和装置是公知的。对工件表面主要起回火和硬化作用的已知方法在这一点上具有某些缺陷，尤其是对于特定应用，这些缺陷从根本上说应归因于气体渗氮的不同方法步骤中层形成的方式。在某些情形下，结合层在气体渗氮过程中的形成是不期望的，因为对于特定应用来说某些缺陷与此有关。例如对于要求在振荡载荷和弯曲载荷下具有高疲劳强度的工件来说即是如此。一个典型的例子就是例如用于内燃机进气和排气阀中的螺旋弹簧。这些发动机在较高转速时，所述阀每秒运作几十次，在极端情形下例如甚至达到每秒100次，由此使用于操作或辅助阀关闭的相应螺旋弹簧暴露于极高的弯曲或振荡载荷。在上述这些或类似的应用中，结合层具有非常负面的作用，特别是对于负载工件在靠近表面处的特性来说。
技术实现思路
因此本专利技术的目的在于提供一种对工件进行气体渗氮的方法，以及按照这种方法处理过的工件，以使工件获得具有最高值的表面，它在承受弯曲和/或振荡载荷时具有的高疲劳强度方面显示显著改进的特性。能满足这些目的的本专利技术主题的特征在于各类独立权利要求的特征。相应的从属权利要求涉及本专利技术的优选实施方案。因此，本专利技术涉及一种在气体氛围下对工件表面进行无结合层气体渗氮的方法，包括以下方法步骤将工件装入处理室，其中处理室中包含用于向处理室提供流体以产生和维持气体氛围，特别是用于提供水和气体的气体供给装置；在氮气和/或氧气气氛下，特别是在氮气气氛下，加热工件；在第一氮化阶段内对工件进行渗氮；在第一渗氮阶段之后的第二渗氮阶段内继续渗氮，其中根据本专利技术在第一渗氮阶段和/或第二渗氮阶段降低气氛中的氨气含量。通过应用根据本专利技术所述的方法，保证了工件仅仅在表面上获得一个扩散区，表面具有高硬度，且在振动载荷下的高疲劳强度方面工件特性得到显著提高。在根据本专利技术所述方法的一个特殊实施方案中，该方法包括以下方法步骤将工件装入用于气体渗氮的处理室中并提供工艺气体；在加热阶段于所述气氛下加热工件至预定平衡温度；在平衡阶段将工件保持在平衡温度；在具有氮气和/或氨气和/或氢气的第二加热阶段，将位于处理室内的工件的温度升高到预定处理温度；在初始渗氮阶段，于含氨气或氨气与氮气的工艺气体中将工件保持在处理温度；在第一渗氮阶段，将工件保持在处理温度并用额外的气体稀释氨气成分，特别是用氮气和/或氢气和/或二氧化碳和/或其它适合的额外气体进行稀释；在第二渗氮阶段将工件保持在处理温度并用上述额外的气体稀释氨气成分，其中气流中的氨气含量小于前面第一渗氮阶段；在第三渗氮阶段将工件保持在处理温度并用上述额外的气体进一步稀释氨气成分，其中氨气含量小于前面第二渗氮阶段；用氮气冷却工件。在加热阶段对工件进行加热时，不仅可以使用氮气，还可以使用水蒸汽或这些气体的混合物。然后在平衡阶段用第一工艺气体(氮气和/或氧气和/或水蒸汽)将工件保持在平衡温度以预定的时间，其中所述平衡温度可以在200℃-600℃，优选在350℃的区域。随后在第二加热阶段将温度升高到预定处理温度，其中添加氮气和/或氢气和/或氨气作为第二工艺气体。这里，根据工件不同，处理温度可以在300℃-600℃，例如优选地在350℃-500℃。此后，在初始渗氮阶段，添加第三渗氮气体，优选地为氨气。初始渗氮温度可以与处理温度相同也可不同。初始渗氮温度甚至可以上下显著偏离处理温度。初始渗氮的持续时间优选地比在处理温度下的处理持续时间短，大约为5-60min，优选地为15min。随后在第一渗氮阶段将工件在渗氮温度下于渗氮气氛中气体渗氮，以产生扩散层，其中所述渗氮气氛中可以含有作为渗氮气体的例如氨气和/或甲烷和/或二氧化碳和/或氢气和/或氮气和/或其它适合的渗氮气体。在此之后，在第二渗氮阶段在渗氮温度于渗氮气氛中对工件气体渗氮，其中所述渗氮气氛中渗氮气体的氨气含量降低且额外气体成分例如氮气和/或氢气和/或二氧化碳和/或其它适合作为渗氮气体的额外气体组分含量升高。尔后，在第三渗氮阶段，在渗氮温度于渗氮气体中氨气含量降低且额外气体组分含量升高的渗氮气氛内对工件气体渗氮。在这里，重要的是在连续处理步骤中用额外的气体例如氮气、氢气或二氧化碳在处理阶段中稀释氨气成分，使在相继的渗氮阶段内工艺气体中的氨气浓度降低。从而，一方面不在扩散层上产生结合层，另一方面产生可扩散的氮，从而在向工件内部方向上扩散不会停止。如果工艺气体中的氨气浓度选择得过低，会造成工件表面附近区域的脱氮和外边界区的硬度降低。因此，本方法的优点特别在于工件在0.05-0.5mm的大扩散深度下无结合层，产生完美的扩散层以及工件和零件在弯曲和振动受力下的特性得到改善等事实。因此根据本专利技术的方法特别适用于动态受力的零件和工件如弹簧、轴和锻模，但并不仅限于此。优选但并非必需地，可进行气体渗氮和PVD涂覆联合处理。因为，扩散层是无结合层的且表面具有高质量，在处理之后没有结块，所以在此表面上可以沉积具有特别高粘着特性的PVD层。如上所述，在一个优选实施方案中，在第二渗氮阶段之后的第三渗氮阶段内氨气含量进一步降低。在一个对于实际应用特别重要的实施方案中，根据本专利技术所述方法进一步包括以下步骤向处理室中装入工件并通过供给第一工艺气体产生气体氛围；在加热阶段于气体氛围中将工件加热到预定的平衡温度；在平衡阶段将工件保持在平衡温度；在第二加热阶段，向处理室的气氛中添加第二工艺气体的同时，特别是添加氮气和/或氢气和/或氨气和/或其它第二工艺气体的同时，将工件进一步加热到处理温度；在初始渗氮阶段将工件保持在处理温度；在第一渗氮阶段内于第一渗氮温度下对工件进行渗氮，并通过添加额外的气体降低气氛中的氨气含量；在第二渗氮阶段于第二渗氮温度对工件进行渗氮并通过降低氨气成分相对于所述额外气体的比例进一步降低气氛中的氨气含量；在第三渗氮阶段，于第三渗氮温度下对工件进行渗氮并通过降低氨气成分相对于所述额外气体的比例进一步降低气氛中的氨气含量；在冷却阶段于氮气氛下冷却工件。在这里，在所有气体中主要讨论氮气、氢气、二氧化碳或其它额外的气体。在另一特殊实施方案中，第一工艺气体和/或第二工艺气体包含空气和/或氮气，优选地30％空气和70％氮气。在第二加热阶段，气氛中可以包含70％、优选地90％和特别是100％的氮气。初始渗氮阶段的气氛中特别包含氨气和氮气，优选地60％-90％氨气和/或10％-40％氮气，特别是80％氨气和20％氮气。平衡温度在250℃-400℃之间，特别是300℃-380℃之间，尤其是在350℃。在根据本专利技术的方法的一个特殊实施方案中，第一渗氮温度与第二渗氮温度相同，和/或第二渗氮温度与第三渗氮温度相同，和/或第一渗氮温度和/或第二渗氮温度和/或第三渗氮温度与处理温度相同。在此安排中，特别是第一渗氮温度和/或第二渗氮温度和/或第三渗氮温度和/或处理温度在300℃-600℃之间，特别是400℃-500℃之间，尤其是在440℃。第一渗氮阶段的持续时间优选地大于第二渗氮阶段的持续时间，和/或第二渗氮阶段的持续时间大于第三渗氮阶段的持续时间，从而第一渗氮阶段的持续时间在200min-500min之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在气体氛围中对工件表面进行无结合层气体渗氮的方法，包括以下方法步骤：－将工件装入处理室，其中处理室中包含用于向处理室提供流体、特别是提供水和气体以产生和维持所述气体氛围的气体供给装置；－在氮气和／或氧气气氛下，特别是在氮气气氛下，加热工件；－在第一氮化阶段（Ｎ１）内对工件进行渗氮；－在第一渗氮阶段（Ｎ１）之后的第二渗氮阶段（Ｎ２）内继续渗氮，其特征在于，在第一渗氮阶段（Ｎ１）和／或第二渗氮阶段（Ｎ２）降低气体氛围中的氨气含量。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：H博德，J克鲁默劳尔，
申请(专利权)人：梅塔普拉斯亿欧侬表面精制技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[]