【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种软氮化方法，更具体地，涉及一种能够通过将氮和碳扩散到金属制品中来提高耐磨性、耐疲劳性等的软氮化方法。
技术介绍
1、铁表面硬化包括热化学表面硬化和物理表面硬化，热化学表面硬化用于通过向铁表面施加热量并将反应气体的必要成分扩散到铁表面来改变铁表面上的化学组成；物理表面硬化用于仅通过淬火而不改变铁表面上的化学组成来硬化铁表面。通常，热化学表面硬化包括渗碳、渗氮、渗硫、渗硼等，物理表面硬化包括感应淬火、火焰淬火等。
2、作为一种热化学表面硬化，软氮化是一种将氮原子和碳原子扩散到铁表面的方法，与渗碳等其他类型的表面处理相比，它可以在尺寸或形状几乎没有变化的情况下实现高精度。根据软氮化方法，将由钢制成的制品装载到如炉的反应室中，将反应室加热到预定温度，然后将包括如氨气(nh3)的反应气体和如二氧化碳(co2)气体的渗碳气体的处理气体注入反应室中。在这种情况下，注入的氨气分解成氮气和氢气时产生的氮原子和渗碳气体与氢气反应时产生的碳原子扩散到钢表面中，从而在钢表面上形成fe-n-c基化合物层。
3、由于肉眼无法观察到反应室中发生的软氮化程度，因此可以测量氨气分解率和渗碳气体反应率来测量金属制品表面上的软氮化程度。氨气分解率可以通过测量反应室中的氢气分压并基于氢气分压计算渗氮电位值来测量，渗碳气体反应率可以通过测量反应室中的二氧化碳分压和一氧化碳分压并基于二氧化碳分压与一氧化碳分压计算渗碳电位值来测量。渗氮电位值和渗碳电位值表示软氮化的性能，可能是用于确定软氮化程度的最重要的因素。渗氮电位kn和渗碳电位
4、
5、水煤气变换反应
6、波多反应(boudouard reaction)
7、此处，表示氨气的分压，表示氢气的分压，pco表示一氧化碳的分压，表示二氧化碳的分压，并且表示水蒸气的分压。
技术实现思路
1、技术问题
2、然而，根据上述现有的软氮化方法，由于其中氨气、渗碳气体和氮气以一定比例混合的处理气体总是不断地注入反应室中，所以可能不知道反应室中反应气体的状态。例如，根据通常使用的现有软氮化方法，由于氮气、氨气和碳基气体(例如，变性气体或二氧化碳)总是以一定的比例不断地注入反应室中，所以可能根本无法获得上述渗氮电位和渗碳电位。也就是说，根据现有的软氮化方法，由于无法控制渗氮电位值以及无法控制渗碳电位值(这也是软氮化的重要因素)，所以不能容易地通过精确控制软氮化的程度来控制形成在金属制品表面上的化合物层。
3、此外，根据现有的软氮化方法，由于其中氨气和渗碳气体以一定比例混合的处理气体总是不断地注入反应室中，因此用于软氮化所消耗的处理气体的量可能会过度增加而降低经济可行性。
4、同时，根据现有的渗氮方法，可以在单独的气体分解炉中分解氨气以产生由氮气和氢气的混合物组成的分解的氨气，并且可以通过调节供应至反应室的分解的氨气的量来控制渗氮电位值(wo 2019/009408a1)。然而，由于在这种情况下额外需要高价的氨气分解炉来生产用于控制渗氮电位值的氢气，所以渗氮装置的成本增加并且需要大的安装空间。因此，为了解决上述问题，新公开了一种在不使用单独的气体分解炉的情况下控制渗氮电位值的方法(kr 10-2019-0085835)。
5、然而，虽然上述两种渗氮方法通常公开了一种控制渗氮电位值的方法，但是没有公开通过使用渗碳气体用于形成化合物的软氮化工艺。
6、本专利技术提供一种软氮化方法，该方法能够通过同时控制渗氮电位值和渗碳电位值来容易地控制反应室中金属制品的软氮化程度。然而，以上描述是实例，并且本专利技术的范围不限于此。
7、技术方案
8、根据本专利技术的一个方面，提供了一种软氮化方法，其使用包括处理空间的反应室，将包括氨气和渗碳气体的处理气体注入所述处理空间中以对金属进行软氮化，所述软氮化方法包括处理气体注入步骤，用于通过处理气体供应器将氨气和渗碳气体以预定比例注入加热到第一温度的反应室中；氨气分解步骤，用于通过关闭处理气体供应器然后将反应室加热到高于第一温度的第二温度来分解反应室内的氨气以产生氢气；渗氮电位控制步骤，用于使处理气体供应器维持关闭直到反应室中的渗氮电位值由于反应室中通过氨气的分解产生的氢气而达到预设的第一基准值；渗碳气体注入步骤，用于当渗氮电位值达到第一基准值时，通过控制处理气体供应器将渗碳气体注入反应室中；以及渗碳电位控制步骤，用于调节通过处理气体供应器注入反应室中的渗碳气体的流速，直到反应室中的渗碳电位值由于渗碳气体和由氨气的分解产生的氢气而达到预设的第二基准值。
9、渗碳电位控制步骤可以包括渗氮电位维持步骤，用于调节通过处理气体供应器注入反应室中的氨气的流速，以这样的方式使得由于在渗碳电位控制步骤中消耗的氢气而偏离第一基准值的渗氮电位值返回并持续维持在第一基准值。
10、渗碳电位控制步骤还可以包括渗碳电位维持步骤，用于调节通过处理气体供应器注入反应室中的渗碳气体的流速，以这样的方式使得通过渗碳气体和在渗氮电位维持步骤中产生的氢气将渗碳电位值连续地维持在第二基准值。
11、在渗氮电位维持步骤和渗碳电位维持步骤中，可以通过基于开/关控制或比例-积分-微分(pid)控制来控制处理气体供应器来调节氨气或渗碳气体的流速。
12、在渗氮电位维持步骤和渗碳电位维持步骤中，反应室可以恒定地维持在第二温度。
13、在处理气体注入步骤中，可以将第一温度控制为处理气体中所含的氨气不热解的温度，并且在氨气分解步骤中，可以将第二温度控制为氨气在反应室的处理空间中分解成氢气和氮气的温度。
14、第一温度可以控制在300℃至450℃的温度范围内，第二温度可以控制为450℃至650℃的温度范围内。
15、在氨气分解步骤和渗氮电位控制步骤中，处理气体供应器和用于排出反应室中已分解或未分解的处理气体的排出器均可以关闭，以将反应室与外部隔离。
16、在软氮化方法中，当反应室的内部压力低于预设压力时，可以关闭排出器，当内部压力高于或等于预设压力时，可以打开排出器。
17、在渗氮电位控制步骤中，可以通过[式1]计算渗氮电位值。
18、在渗碳电位控制步骤中，可以通过[式2]计算渗碳电位值。
19、可以通过[式3]计算[式1]和[式2]的氨分解率x。
20、[式3]的氢气可以表示由包括氢气传感器的传感器单元测得的氢气的分压。
21、[式1]和[式3]的水煤气变换反应率y可以表示基于[式4]co2+h2＝co+h2o的水煤气变换反应式的反应率，[式4]的一氧化碳气体co和二氧化碳气体co2可以表示通过包括一氧化碳传感器和二氧化碳传感器的传感器单元测得的一氧化碳的分压和二氧化碳的分压。
22、可以通过[式5]计算[式1]和[式3]的水煤气变换反应率y，并且可以通过包括氧气传感器的传感器单元测量[本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种软氮化方法，其使用包括处理空间的反应室，将包括氨气和渗碳气体的处理气体注入所述处理空间中以对金属进行氮碳共渗，所述软氮化方法包括：
2.根据权利要求1所述的软氮化方法，其中所述渗碳电位控制步骤包括渗氮电位维持步骤，所述渗氮电位维持步骤用于调节通过所述处理气体供应器注入所述反应室中的氨气的流速，以这样的方式使得由于在渗碳电位控制步骤中消耗的氢气而偏离第一基准值的所述渗氮电位值返回并持续维持在所述第一基准值。
3.根据权利要求2所述的软氮化方法，其中所述渗碳电位控制步骤还包括渗碳电位维持步骤，所述渗碳电位维持步骤用于调节通过所述处理气体供应器注入所述反应室中的渗碳气体的流速，以这样的方式使得通过渗碳气体和在所述渗氮电位维持步骤中产生的氢气将所述渗碳电位值连续地维持在所述第二基准值。
4.根据权利要求3所述的软氮化方法，其中在所述渗氮电位维持步骤和所述渗碳电位维持步骤中，通过基于开/关控制或比例-积分-微分(PID)控制来控制所述处理气体供应器来调节氨气或渗碳气体的流速。
5.根据权利要求3所述的软氮化方法，其中在所述渗氮电位维持
6.根据权利要求1所述的软氮化方法，其中在所述处理气体注入步骤中，将所述第一温度控制为所述处理气体中所含的氨气不热解的温度，并且
7.根据权利要求6所述的软氮化方法，其中，所述第一温度被控制在300℃至450℃的温度范围内，并且
8.根据权利要求1所述的软氮化方法，其中在所述氨气分解步骤和所述渗氮电位控制步骤中，所述处理气体供应器和用于排出所述反应室中已分解或未分解的处理气体的排出器均关闭，以将所述反应室与外部隔离。
9.根据权利要求8所述的软氮化方法，其中在所述软氮化方法中，当所述反应室的内部压力低于预设压力时关闭所述排出器，当所述内部压力高于或等于所述预设压力时打开所述排出器。
10.根据权利要求1所述的软氮化方法，其中在所述渗氮电位控制步骤中，通过[式1]计算所述渗氮电位值，
11.根据权利要求10所述的软氮化方法，其中在所述渗碳电位控制步骤中，通过[式2]计算所述渗碳电位值，
12.根据权利要求11所述的软氮化方法，其中通过[式3]计算[式1]和[式2]的氨分解率x，
13.根据权利要求12所述的软氮化方法，其中[式3]的氢气表示由包括氢气传感器的传感器单元测得的氢气的分压。
14.根据权利要求13所述的软氮化方法，其中[式1]和[式3]的水煤气变换反应率y表示基于[式4]的水煤气变换反应式的反应率，并且
15.根据权利要求13所述的软氮化方法，其中通过[式5]计算[式1]和[式3]的水煤气变换反应率y，并且
16.根据权利要求1所述的软氮化方法，其中在所述处理气体注入步骤中，所述处理气体包括90％至100％的氨气和10％至0％的渗碳气体。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种软氮化方法，其使用包括处理空间的反应室，将包括氨气和渗碳气体的处理气体注入所述处理空间中以对金属进行氮碳共渗，所述软氮化方法包括：
2.根据权利要求1所述的软氮化方法，其中所述渗碳电位控制步骤包括渗氮电位维持步骤，所述渗氮电位维持步骤用于调节通过所述处理气体供应器注入所述反应室中的氨气的流速，以这样的方式使得由于在渗碳电位控制步骤中消耗的氢气而偏离第一基准值的所述渗氮电位值返回并持续维持在所述第一基准值。
3.根据权利要求2所述的软氮化方法，其中所述渗碳电位控制步骤还包括渗碳电位维持步骤，所述渗碳电位维持步骤用于调节通过所述处理气体供应器注入所述反应室中的渗碳气体的流速，以这样的方式使得通过渗碳气体和在所述渗氮电位维持步骤中产生的氢气将所述渗碳电位值连续地维持在所述第二基准值。
4.根据权利要求3所述的软氮化方法，其中在所述渗氮电位维持步骤和所述渗碳电位维持步骤中，通过基于开/关控制或比例-积分-微分(pid)控制来控制所述处理气体供应器来调节氨气或渗碳气体的流速。
5.根据权利要求3所述的软氮化方法，其中在所述渗氮电位维持步骤和所述渗碳电位维持步骤中，所述反应室恒定地维持在所述第二温度。
6.根据权利要求1所述的软氮化方法，其中在所述处理气体注入步骤中，将所述第一温度控制为所述处理气体中所含的氨气不热解的温度，并且
7.根据权利要求6所述的软氮化方法，其中，所述第一温度被控制在30...
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