盐浴渗氮制造具有增强耐腐蚀性金属构件的方法技术

一种通过盐浴渗氮制造具有增强耐腐蚀性的金属构件的方法，所述方法包括在所述金属构件表面形成一层氮化层，并且同时通过把所述金属构件浸入含有作为阳离子组分的Ｌｉ↑［＋］、Ｎａ↑［＋］和Ｋ↑［＋］离子以及作为阴离子组分的ＣＮＯ↑［－］和ＣＯ↓［３］↑［－－］离子、并且通过加入一种选自碱金属氢氧化物、结合水、游离水和潮湿空气的氧化能力增强物质来增强氧化能力的渗氮盐浴中，而在所述氮化层的最外层形成一层氧化物膜层，该方法包括作为紧接着所述浸入所述渗氮盐浴的步骤，是把所述金属构件浸入含有碱金属硝酸盐的取代清理盐浴中。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于通过对金属构件进行盐浴渗氮处理而使得到的处理金属构件具有增强耐腐蚀性的方法，该金属构件具有因对其金属进行渗氮而具有高耐磨性和高疲劳强度。
技术介绍
盐浴渗氮处理通过在表面形成氮化层和氮扩散层而广泛应用于提高材料性能如金属特别是铁和钢的耐磨性和疲劳强度。这种盐浴渗氮处理方法不仅应用于普通钢而且也应用于诸如不锈钢和以“因科镍合金(Inconel)”表示的镍基合金(所述高温合金)等的合金钢。这种由上述方法所得的氮化层和氮扩散层具有提高相关金属构件的表面硬度的作用使得金属构件的耐磨性和疲劳强度得到提高、并同时防止腐蚀损失。由于耐腐蚀性仅需在普通水平范围内，所以传统的盐浴渗氮处理不需要进一步的处理。然而，当必需应用于要求耐腐蚀性达到一种和作为有竞争力的表面硬化工艺之一的硬铬电镀后所得的耐腐蚀性相当的程度的场合时，就需要进一步的处理。为了提高所述氮化的金属构件的耐腐蚀性，有大量的专利技术(参见JP 56-33473 A，JP 60-211062 A，JP 05-263214 A，JP 05-195194 A，JP07-62522 A和JP 07-224388 A)。为了进一步提高耐腐蚀性，也已提出了联合渗氮处理和氧化浴处理的方法(参见JP 56-33473 A和JP 07-224388 A)。以盐雾试验测定时，这种联合处理所得的耐腐蚀性被称为比得上硬铬电镀或更好。然而，由于这种联合盐浴渗氮处理和氧化浴处理所得的耐腐蚀性变化很大，使其在很多情况下都避免采用。为了克服这个缺陷，也提出了在应用联合渗氮处理和氧化浴处理后，再对处理过产品进行浸蜡或对处理过产品表面涂覆聚合物层(参见JP05-195194 A和JP 05-263214 A)。这两种方法的目的是为了在通过浸蜡处理或聚合物涂覆处理使得摩擦系数降低而提高耐磨性的同时，氧化物层被蜡或聚合物涂层密封或覆盖，从而获得耐腐蚀性的提高和稳定(提高可再现性)。这两种方法可导致诸如高耐磨性和疲劳强度的良好的材料性能，同时提高耐腐蚀性及其可再现性。但是，考虑到诸如初始成本、生产力、生产成本等因素，除了在渗氮步骤之后的氧化浴处理之外再结合浸渍或涂覆步骤是不易于接受的。因此，本专利技术人专利技术了一种在最外的表面上形成具有极好的阻挡性的氧化物层，同时在盐浴中对金属构件特别是铁基构件进行渗氮处理的方法，并且在提高诸如耐磨性和疲劳强度的材料性能之外成功获得超过硬铬电镀所得的耐腐蚀性。关于该专利技术，提出了一个专利申请(日本专利申请号2001-361544，现在的JP 2002-226963 A)。上述方法的特征在于通过把金属构件浸入含有作为阳离子组分的Li+、Na+和K+离子和作为阴离子组分的CNO-和CO3--离子的熔盐浴中，在金属构件特别是铁基构件的表面上形成氮化层的基础上，通过加入碱金属氢氧化物、结合水、游离水或潮湿空气等，使盐浴的氧化能力得到提高，从而在构件表面形成氮化层的同时，在氮化层的最外表面形成一氧化物层。虽然该氧化物层为由锂铁氧化物层构成的厚度仅为0.5-5μm的薄层，但其对作为腐蚀环境因子的氯离子具有极好的阻透功能，并且可以极大地提高氮化金属构件的耐腐蚀性。因此，JP 2002-226963 A中公开的方法希望找到一种作为替代硬铬电镀方法的具有高耐腐蚀性的表面硬化方法的广泛应用。考虑到不锈钢在作为耐腐蚀金属材料方面的广泛应用，盐浴渗氮、离子渗氮、气体渗氮等在每一个需要提高表面硬度的应用领域同样适用。然而，这些渗氮处理方法伴随着因不锈钢表面的钝化膜层被破坏而削弱不锈钢固有的耐腐蚀性的缺点(参见JP 2001-214256 A)。因此，虽然电镀膜层具有令人不满的粘附力等问题，硬铬电镀仍然被应用于提高具有固有耐腐蚀性的不锈钢的表面硬度。JP 2002-226963 A中公开的方法可以在对不锈钢表面进行渗氮的同时，在最外表面上形成具有良好粘附力和高耐腐蚀性的锂铁铬氧化物层。因此，该方法希望找到作为硬铬电镀替代方法的不锈钢用的表面硬化方法的实际应用。下述附参考附图说明图1A到2B。附图1A和2A分别为由传统方法在普通钢和不锈钢上形成的表面改性层的横截面示意图，而附图1B和2B分别为由JP2002-226963 A中公开的方法在普通钢和不锈钢上形成的表面改性层的横截面示意图。这些图中显示了氮扩散层1(厚度0.2-1mm)，化合物层2(也称为“白色层”，Fe2N，厚度5-30μm)，黑色锂铁氧化物层4(厚度0.5-5μm)，氮扩散层11(厚度0.2-1mm)，第一化合物层12(也称为“白色层”，Fe2N+Cr2N，厚度10μm)，第二化合物层13(也称为“黑色层”，CrN+Fe2N，厚度20-80μm)和黑色锂铁铬氧化物层14(厚度0.5-5μm)。由JP 2002-226963 A中公开的方法形成的锂铁氧化物层4和锂铁铬氧化物层14都为极薄层，但都对作为腐蚀环境因子的氯离子等具有极好的阻透效果，同时有助于提高氮化材料的耐腐蚀性。另一方面，图中所示的化合物层2、12、13具有高硬度并赋予普通钢和不锈钢以极好的耐磨性。分别在化合物层2和12下面形成的氮扩散层1和11为氮分别溶于普通钢和不锈钢的固溶层。由于氮溶入而产生的压缩应力，因此所得的构件具有极大提高的疲劳强度。为了获得这种氮扩散层，必须在渗氮处理后，在至少300℃或更高的温度下对构件进行淬火。由JP2002-226963 A公开的方法所进行的盐浴渗氮中淬火也可以在传统盐浴渗氮处理的450-650℃下进行。然而，考虑到处理过产品中的残余应变、阻止氮扩散层中的γ′(Fe4N)沉积等，后渗氮淬火是通过以下三种方法之一进行，为了获得目标材料性能而选择所述的一种淬火方法盐浴渗氮→水淬火→热水清洗→干燥；盐浴渗氮→油淬火→热水清洗→干燥；盐浴渗氮→空气淬火→热水清洗→干燥。水淬火的淬火速度最快，其适用于当重点放在阻止氮扩散层中的γ′(Fe4N)沉积时的情况。另一方面，空气淬火的淬火速度最慢，其适用于当重点放在阻止残余应变时的情况。如果考虑到淬火速度和应变之间的平衡，则选择油淬火。为了同时防止残余应变和阻止γ′(Fe4N)沉积，可以先在大约400℃下用空气淬火，接着用水淬火。以下组合物可作为传统熔盐渗氮浴组合物的一个实例35重量％CNO-，18重量％CO3--，3.5重量％Li+，18重量％Na+，22.5重量％K+和3重量％CN-(在下文中称作“盐浴C”)。另一方面，作为JP 2002-226963 A公开的方法中使用的熔盐渗氮浴的示例组合物，可提及以下组合物15重量％CNO-，40重量％CO3--，4重量％Li+，18重量％Na+，22.5重量％K+和0-5重量％CN-(在下文中称作“盐浴N”)。为了在渗氮的同时在最外层生成氧化物层，JP 2002-226963 A公开的方法中使用的盐浴具有以下配方设计含有CNO-到尽可能低的浓度，一种形成氰化物的源成分，以最小程度降低是还原物质并对铁氧化物有溶解作用的CN-。结果，和传统盐浴中的相应比例相比，水溶解度相对较低的碳酸盐的比例更大。盐浴渗氮后，接着对处理过产品进行水淬火(或者油淬火或者空气淬火)，并且在接着的步骤中进行热水清洗。由于传统盐浴中含有大比例的水溶解度高的氰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：永乐宏，泽野丰，山村铁也，八代国治，中村文英，天满屋元博，
申请(专利权)人：帕卡热处理工业株式会社，日本帕卡濑精株式会社，
类型：发明
国别省市：