一种高效高质量渗氮处理方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种高效高质量渗氮处理方法及其应用，涉及等离子渗氮技术领域，本发明专利技术通过低温渗氮

【技术实现步骤摘要】
一种高效高质量渗氮处理方法及其应用


[0001]本专利技术涉及等离子渗氮
，特别涉及一种高效高质量渗氮处理方法及其应用。

技术介绍

[0002]等离子渗氮技术已经被广泛用于齿轮、传动轴、模具等部件表面强化。然而一方面，不合理渗氮工艺会导致渗层不均匀、脉状、鱼骨状化合物等有害组织的形成，进而使渗层性能差。另一方面，传统等离子渗氮时间长(通常达5h)，长时间渗氮导致渗层内富集的活性氮原子团聚而形成分子氮，使得渗氮层浅表层形成多孔组织，进而降低渗层性能，因而在工业上通常采用机械抛光去除该多孔疏松组织，但是该方法存在能耗高，且生产时间长的问题。
[0003]目前，在工业上针对有害渗氮组织采用的工艺为：有害渗氮组织程度重的工件直接报废；有害渗氮组织程度较轻的采用退氮
‑
渗氮复合工艺。然而，由于渗氮层不稳定，高温下极易分解，易短时间内释放大量的活性氮原子，部分氮原子向基体扩散使得渗层增厚，而大部分氮原子重新组合形成氮分子，导致渗层组织易疏松化、退氮处理效果较差。因此，高效高质量渗氮工艺技术的开发迫在眉睫。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种高效高质量渗氮处理方法及其应用，以解决上述现有技术存在的问题，通过低温渗氮
‑
高温退氮的循环工艺，不断调节其气源的气体流量和体积浓度，获得组织致密、渗层后的渗氮层组织，实现渗氮层组织性能大幅度提升的效果。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术提供一种高效高质量渗氮处理方法，采用低温渗氮工序
‑
高温退氮工艺工序对金属基材进行N道次处理，并以低温渗氮工序为最后处理工序，其中，N≥2；优选的，N的取值为3
‑
10。
[0007]低温渗氮工序的渗氮气源是由Ar2、N2和H2组成的混合气体，高温退氮工序的退氮气源是由Ar2和含碳气体组成的混合气体；低温渗氮工序的温度为450～570℃，单次渗氮时间为20～60min，；高温退氮工序的温度为530～600℃，单次退氮时间为10～40min。
[0008]进一步地，所述低温渗氮温度比高温退氮温度低30～80℃。
[0009]进一步地，低温渗氮工序中，N2体积浓度占所述渗氮气源总浓度的25～50％。
[0010]进一步地，高温退氮工序中，所述含碳气体占所述退氮气源总浓度的20
‑
80％。
[0011]进一步地，在低温渗氮工序中，所述Ar2的流量为100～400sccm、所述N2的流量为100～600sccm、所述H2的流量为100
‑
600sccm。
[0012]进一步地，高温退氮工序中，所述含碳气体的流量为100～600sccm，所述Ar2的流量为100～600sccm。
[0013]进一步地，所述含碳气体为CO2、CO或二者组成的混合气体，所述混合气体中CO2含
量为10～100％。
[0014]进一步地，所述金属基材为钢铁。优选的，所述金属基材为模具钢或合金钢。
[0015]进一步地，在进行渗氮处理前，对所述金属基材进行机械耐磨抛光至表面粗糙度≤0.8μm，将所述金属基材进行超声、干燥处理后，将其悬挂至等离子渗氮炉进行后续渗氮处理。
[0016]进一步地，所述高效高质量渗氮处理方法的循环方式为：渗氮
‑
退氮
‑
渗氮
……
渗氮
‑
退氮
‑
渗氮。
[0017]进一步地，低温渗氮工艺的气源中Ar2浓度比10～30％，N2浓度比20～70％，H2浓度比为0～20％。
[0018]本专利技术还提供了根据上述高效高质量渗氮处理方法制备的含有渗氮层组织的金属基材。
[0019]本专利技术还提供了上述含有渗氮层组织的金属基材在制备齿轮、传动轴或模具中的应用。
[0020]本专利技术渗氮处理方法的具体步骤如下：
[0021](1)清洗金属基材；
[0022](2)低温渗氮处理：在真空条件下，利用由Ar2、N2和H2组成的混合气体对金属基材进行处理，基体偏压为
‑
200
‑‑
600V，所述低温渗氮的温度为450
‑
570℃，所述低温渗氮的时间为20
‑
60min，其中，所述Ar2的流量为100～400sccm、所述N2的流量为100～600sccm、所述H2的流量为100
‑
600sccm；
[0023](3)高温退氮处理：在步骤(2)的基础上，关闭N2和H2，通入含碳气体，并调节气流量，其中，所述含碳气体的流量为100～600sccm，所述Ar2的流量为100～600sccm，基体偏压
‑
1000～
‑
500V，所述高温退氮的温度530～600℃，所述高温退氮的时间10～40min；
[0024](4)将步骤(2)
‑
(3)循环2
‑
10次，最后以步骤(2)结束，得到渗氮层组织。
[0025]本专利技术公开了以下技术效果：
[0026]与传统渗氮技术相比，本专利技术采用低温渗氮
‑
高温退氮循环复合工艺制备的渗氮层组织致密，性能优异，渗氮效率较常规工艺提高了50％，并通过调控低温渗氮
‑
高温退氮的循环次数，迫使渗氮层分解，释放活性氮原子，显著提高了渗氮效率。
[0027]同时，本专利技术在退氮过程通入含碳气源，实现了显著提高渗氮层组织的热稳定性，延缓了渗层分解，避免分子氮的形成，大幅度缩短渗氮时间，降低渗层内富集氮浓度，避免疏松层的形成，从而大幅度提高渗氮效率和渗氮层质量。同时将其用于模具、汽车传动轴和变速箱等零部件表面强化，能够大幅度提高耐磨性能，拓宽了其在工业上的应用范围。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本专利技术渗氮
‑
退氮循环工艺流程图；
[0030]图2为实施例1和对比例1中H13钢横截面渗氮层组织结构SEM图，其中，图a为实施
例1中H13钢横截面渗氮层组织结构SEM图，图b为对比例1中H13钢横截面渗氮层组织结构SEM图。
具体实施方式
[0031]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0032]应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效高质量渗氮处理方法，其特征在于，采用低温渗氮工序
‑
高温退氮工序对金属基材进行N道次处理，并以低温渗氮工序为最后处理工序，其中，N≥2；低温渗氮工序的渗氮气源是由Ar2、N2和H2组成的混合气体，高温退氮工序的退氮气源是由Ar2和含碳气体组成的混合气体；低温渗氮工序的温度为450～570℃，单次渗氮时间为20～60min；高温退氮工序的温度为530～600℃，单次退氮时间为10～40min。2.根据权利要求1所述的高效高质量渗氮处理方法，其特征在于，低温渗氮工序中，N2体积浓度占所述渗氮气源总浓度的25～50％。3.根据权利要求1所述的高效高质量渗氮处理方法，其特征在于，高温退氮工序中，所述含碳气体占所述退氮气源总浓度的20
‑
80％。4.根据权利要求1所述的高效高质量渗氮处理方法，其特征在于，在低...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈汪林，毛德长，孟显娜，李苏洋，肖辉，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：