固体润滑剂涂布的钢制品、其制造方法和设备以及在制造中使用的淬火油技术

一种用于制造钢制品的方法包括在350℃至650℃区间的硝化温度下使钢制品氮化(210)，得到氮化钢制品。所述氮化钢制品在反应性淬火油中从所述硝化温度淬火(220)。所述反应性淬火油包含S、P、B、Mo和W中的至少一种。由此，所述淬火另外包括通过包含S、P、B、Mo和W中的至少一种的固体润滑剂涂布(222)所述氮化钢制品。还公开了一种用于制造钢制品的设备、一种淬火油和一种通过所述方法制成的钢制品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体润滑剂涂布的钢制品、其制造方法和设备以及在制造中使用的淬火油
本专利技术通常涉及润滑剂涂布的钢制品，其制造方法、设备和淬火油，并且特别地涉及氮化润滑剂涂布的钢制品。
技术介绍
氮化是一种热处理工艺，使氮气扩散到金属表面以产生表面硬化的表面。氮化最常用于低碳低合金钢，然而，近年来，高合金钢也被氮化，获得了有利的结果。目前使用的主要氮化方法是：气体氮化、盐浴氮化和等离子体氮化，这些氮化以用于提供氮气的介质命名。氮化通常赋予高表面硬度，这促进对于磨损、划伤、拉毛和咬粘的高抵抗性。疲劳强度主要由表面压应力的发展而增加。氮化常常在高温下执行，因此通常通过冷却或淬火步骤来结束，在该步骤中钢产品被冷却。氮化后快速淬火将增加夹带氮气的固溶硬化效应，但与来源于钢表面中合金元素和氮之间形成硬氮化物的沉淀硬化效应相比，该效应成比例地小。诸如Cr、Al、V、Ti和Mo的合金元素在氮化期间在钢中形成硬氮化物，并且这样的合金元素在钢中的水平对就硬度、耐磨性和疲劳强度而言的氮化效果具有巨大影响。淬火油和热处理液设计用于钢或其他金属的快速或至少受控冷却作为硬化、回火或其他热处理工艺如氮化的一部分。典型的应用包括齿轮、曲轴、凸轮轴、齿条、小齿轮、轴、滚道、传动轴、中心销、液压马达缸体、泵叶片、活塞裙、链条组件、滑道、凸轮从动件、阀门部件、挤出机螺杆、压铸工具、锻模、挤出模头、枪支组件、喷射器、塑料模具、传送器导轨等。由于氮化材料的典型的有益性质，它们常用于表面暴露于与其他固体或液体物体机械接触，特别是移动接触的应用中。在这样的应用中，关注低摩擦和耐磨性。润滑是解决摩擦和磨损问题的标准方式。根据应用，可以使用液体和/或固体润滑剂。当长使用寿命、适用性、防腐蚀、清洁和冷却都很重要时，液体润滑剂是首选。固体润滑剂用于例如由于温度条件或周围环境而不适合使用液体润滑剂的特殊情况。固体润滑剂在控制高负载滑动接触中的磨损方面特别有效，因此常用于暴露于磨损的应用中。有若干应用这样的固体润滑剂的方法。许多这样的方法基于将含有分散的固体润滑剂的糊剂或液体施用到待覆盖的表面上，接着进行热处理和/或机械处理以除去糊剂或液体中的粘结材料，从而促使固体润滑剂粘结到待润滑的制品的表面。然而，在没有化学键合到表面上的情况下，固体润滑剂保留度不好并且易于与表面分离。因此，聚合物粘结的固体润滑剂涂层在实践中是最常见的，包括来自DowCorning、Klueber、Henkel等的众所周知的商业产品。在这些产品中，使用热固性、UV-固化或氧化-干燥聚合物粘结剂将固体润滑剂保留在表面上。为了在氮化后施用涂层，首先清洁表面，然后在单独的步骤中涂布，然后最终固化。在氮化物体的情况下，这样的加热和/或机械处理和/或清洁可能会影响氮化物体表面本身的组成和性质。在低氮势下加热可以例如造成物体表面脱氮并且热处理和机械相互作用可能改变氮化物体的质地、硬度等。制造固体润滑剂涂层的另一常见方式是通过物理气相沉积(PVD)、等离子体辅助化学气相沉积(PA-CVD)和类似的真空工艺进行，由此将固体润滑剂嵌入硬涂层(诸如类金刚石碳)基体中。该技术特别用于制造诸如BalinitC(Oerlikon)、MoST(TeerCoatings)的产品。在PVD(或PA-CVD)涂布之前，也必须彻底地清洁表面，然后在单独的步骤中涂布。氮化钢制品也可以在单独的加工步骤中通过某些固体润滑剂进行CVD涂布。这可能会产生摩擦学效应。例如，可以通过使挥发性金属羰基配合物Mo(CO)6和W(CO)6与硫醇或诸如二甲基硫化物的有机硫化物反应的CVD工艺来产生MoS2和WS2涂层。不幸的是，如此产生的涂层常倾向于蓬松并且对基材表现出较差的粘合性。可能的原因可以在涂布之前的氮化表面上的污染或气体吸附或在清洁工序期间的表面改性中见到。在所有上述情况中，增加的工艺复杂性增加了物流和制造成本。
技术实现思路
本专利技术技术的一般目的在于提供具有增强的摩擦学性质的固体润滑剂涂布的氮化钢制品。上述目的通过根据独立权利要求所述的方法和装置来实现。优选实施方案在从属权利要求中限定。总而言之，在第一方面，一种用于制造钢制品的方法包括在350℃至650℃区间的硝化温度下使钢制品氮化，得到氮化钢制品。所述氮化钢制品在反应性淬火油中从所述硝化温度淬火。所述反应性淬火油包含S、P、B、Mo和W中的至少一种。由此，淬火另外包括通过包含S、P、B、Mo和W中的至少一种的固体润滑剂涂布氮化钢制品。在第二方面，一种用于制造钢制品的设备包括氮化室、淬火体积和传送装置。所述氮化室构造成在350℃至650℃区间的硝化温度下使钢制品氮化，得到氮化钢制品。所述淬火体积包含含有S、P、B、Mo和W中的至少一种的反应性淬火油。所述传送装置构造成相对于包含反应性淬火油的冷却器淬火体积移动具有硝化温度的氮化钢制品以允许氮化钢制品在反应性淬火油中淬火。淬火在氮化钢制品上形成包含S、P、B、Mo和W中的至少一种的固体润滑剂。在第三方面，钢制品包括钢主体。所述钢主体具有被包含S、P、B、Mo和W中的至少一种的固体润滑剂的表面层覆盖的氮化层。固体润滑剂直接化学键合到具有最高氮含量的氮化物层的新提供的表面部分。在第四方面，一种用于在钢制品上提供固体润滑剂层的淬火油。所述淬火油包含基础油和包含S、P、B、Mo和W中的至少一种的添加剂。所提出的技术的一个优点是其产生具有受控的表面性质和增强的摩擦学性能的固体润滑剂涂布的氮化钢制品。此外，固体润滑剂涂布的氮化钢制品以经济且不复杂的工艺生产。通过阅读具体实施方式，将理解其他优点。附图说明可以通过参考以下结合附图的描述来最佳地理解本专利技术以及它的其他目的和优点，在附图中：图1示出典型的淬火曲线；图2是用于制造钢制品的方法的实施方案的步骤的流程图；图3示出氮化工艺的典型温度/时间图；图4是比较常规淬火的钢产品与反应性淬火的钢产品的表面含量的图；图5是示出常规淬火的钢产品与反应性淬火的钢产品的摩擦性质的图；图6是反应性淬火的钢制品的表面区域的一部分的示意图；图7A是用于制造钢制品的设备的一个实施方案的流程图；图7B是用于制造钢制品的设备的另一实施方案的流程图；以及图8是示出极压抗磨材料的活化温度的图。具体实施方式在整个附图中，相同参考号用于类似或对应元件。为了更好地理解所提出的技术，首先可以对不同的氮化工艺进行简要概述。氮化工艺是热化学工艺，其在高温下向钢表面提供氮或者氮和碳，以产生硬化的表面层。表面层包括扩散区和复合区，或者仅包括扩散区。复合区是包含氮化物的相转变层。在较高温度下，也可能存在奥氏体区或马氏体区。热化学氮化工艺可以在气体气氛中、盐浴中或通过等离子体工艺执行。这样的工艺可以表示为气体氮化、气体氮碳共渗、盐浴氮化、盐浴氮碳共渗、等离子体氮化和等离子体氮碳共渗。氮化工艺可以通过在300℃至400℃的温度区间内预氧化0.5小时至3小时来进行。在气体氮化中，待氮化的工件被放置在充满高温供体气体的腔室中。所述供体通常是氨，这就是为什么它有时被称为氨氮化。当氨与加热的工件接触时，它会分解成氮气和氢气。氮气然后扩散到材料的表面上，产生氮化物层。在盐浴氮化中，供氮介质是诸如氰化物盐的含氮盐。在这个过程中，氮在铁素体阶段的亚临界温度下扩散到金属表面以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造钢制品的方法，其包括以下步骤：在350℃至650℃区间的硝化温度下使钢制品氮化(210)，得到氮化钢制品；和在反应性淬火油中使所述氮化钢制品从所述硝化温度淬火(220)；所述反应性淬火油包含S、P、B、Mo和W中的至少一种；由此所述淬火步骤另外包括通过包含S、P、B、Mo和W中的至少一种的固体润滑剂涂布(222)所述氮化钢制品。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.02 SE 1551414-41.一种用于制造钢制品的方法，其包括以下步骤：在350℃至650℃区间的硝化温度下使钢制品氮化(210)，得到氮化钢制品；和在反应性淬火油中使所述氮化钢制品从所述硝化温度淬火(220)；所述反应性淬火油包含S、P、B、Mo和W中的至少一种；由此所述淬火步骤另外包括通过包含S、P、B、Mo和W中的至少一种的固体润滑剂涂布(222)所述氮化钢制品。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应性淬火油包含总量为至少0.1重量％的S、P、B、Mo和W。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述反应性淬火油包含总量为至多10重量％的S、P、B、Mo和W。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，另一步骤维持所述氮化钢制品在具有氮势的气氛中以禁止在所述氮化步骤(210)和所述淬火步骤(220)之间的整个时间内脱氮。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述另一步骤维持所述氮化钢制品在所述氮化步骤(210)和所述淬火步骤(220)之间的整个时间内处于所述硝化温度下。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述淬火步骤(220)在小于250℃/s的最大冷却速度下执行。7.一种用于制造钢制品的设备，其包括：氮化室(10)，其构造成用于在350℃至650℃区间的硝化温度下使钢制品(100)氮化，得到氮化钢制品；淬火体积(20)，其包含反应性淬火油(150)，所述反应性淬火油(150)包含S、P、B、Mo和W中的至少一种；和传送装置(30)，其用于相对于包含反应性淬火油(30)的所述淬火体积(20)移动具有所述硝化温度的所述氮化钢制品以允许所述氮化钢制品在所述反应性淬火油(150)中淬火，包含S、P、B、Mo和W中的至少一种的固体润滑剂通过所述淬火形成在所述氮化钢制品上。8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述传送装置(30)布置成用于在具有氮势的气氛中移动所述氮化钢制品，从而禁止在所述氮化室(10)和所述淬火体积(20)之间的整个距离脱氮。9.根据权利要求7或8所述的设备，其特征在于，所述传输装置(30)布置成用于在所述硝化温度下移动所述氮化钢制品经过所述氮化室(10)和所述淬火体积(20)之间的整个距离。10.一种钢制品(100)，其包括：钢主体(102)；所述钢主体(102)具有被包含S、P、B、Mo和W中的至少一种的固体润滑剂(120)的表面层覆盖的氮化层(110)；所述固体润滑剂(120)直接化学键合到具有最高氮含量的所述氮化物层(110)的新提供的表面部分。11.根据权利要求10所述的钢制品，其特征在于，所述固体润滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·伯格，M·法斯特姆，鲍里斯·朱莫得，
申请(专利权)人：瑞典应用纳米表面公司，鲍迪克热处理有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE