新技術(shù)推進-氮化工藝進展

新之聯(lián)伊麗斯展覽 陶瓷展

中國陶瓷行業(yè)展！

云集

上海國際陶瓷展（IACE CHINA）創(chuàng)辦于2007年，經(jīng)過十余年的持續(xù)培育，現(xiàn)已發(fā)展成為我國陶瓷領(lǐng)域規(guī)模大的展會。IACE CHINA推動技術(shù)創(chuàng)新、促進成果轉(zhuǎn)化，是中外企業(yè)加強交流合作、提升品牌價值、推新品拓市場的平臺。

來自全球十多個國家和地區(qū)的數(shù)百家企業(yè)，不僅是IACE CHINA的參展商，更成為了IACE CHINA的長期戰(zhàn)略合作伙伴，共同見證IACE CHINA的成長。此外，IACE CHINA也獲得了清華大學、武漢理工大學、湖南大學、景德鎮(zhèn)陶瓷學院、上海硅酸鹽研究所、上海材料所、江蘇陶瓷研究所等多間高等院校和研究機構(gòu)的大力支持。

2018年，IACE CHINA的展覽規(guī)模將進一步擴大，與陶瓷有著相同制造技術(shù)與裝備的粉末冶金行業(yè)的供應(yīng)商也將齊聚一堂。預計三個展會的展覽總面積將達到25,000平方米，展商總數(shù)將超過450家，國內(nèi)外觀眾數(shù)量有望達到20,000人。


滲氮，就是將工件放在一定的滲氮劑中加熱和保溫，使?jié)B氮劑中的活性原子氮滲入工件表層，以改變工件表面的化學成分、組織和性能的熱處理方法。國內(nèi)外氮化工藝的發(fā)展進程主要分為以下幾個階段：

稀土催滲的快速氣體滲氮

在氣體滲氮過程中加入一種稀土催滲劑，能夠活化工件表面，加快氮原子吸收速度，不但縮短滲氮周期，還能夠在工件表面形成細小彌散的氮化物，改善滲氮后組織和質(zhì)量。其中，脆性級別、氮化物級別和疏松級別都可控制到1級，并提高表面硬度（比常規(guī)工藝提高30～100HV）。

對于一般結(jié)構(gòu)鋼滲層深度要求0.3mm時，采用常規(guī)滲氮工藝保溫時間需要30小時以上，但如果加入稀土催滲劑后，保溫時間僅用14小時，縮短時間53%，節(jié)電40%，省氮氣35%以上，同時少排放廢氣35%，整個滲氮周期縮短32.7%。
連續(xù)式氣體軟氮化及發(fā)黑處理

傳統(tǒng)的氣體氮化熱處理是在周期式井式爐或者箱式爐中進行的。對大型工件，這種設(shè)備及工藝能夠滿足生產(chǎn)需求，但對于中小工件，在這種爐中進行氣體氮化就容易出現(xiàn)加熱不均、滲層不均、硬度不均等問題。此外，由于周期式氮化效果不好，每一爐都有誤差，因此，大大增加了操作難度，并且不易所有批次工件的質(zhì)量均勻一致。

該發(fā)明突破了傳統(tǒng)思維的缺點，創(chuàng)造性地將中小工件在連續(xù)爐中進行氣體氮化，解決了傳統(tǒng)周期式爐中氣體滲氮的諸多缺點，不但大大提高了產(chǎn)品滲氮后的質(zhì)量和熱處理過程的一致性，且由于溫度和時間均可連續(xù)調(diào)整，使操作簡單易行并可成倍提高生產(chǎn)效率。

鹽浴氮化及QPQ復合處理

早的鹽浴氮化稱為低溫氰化，溫度一般為520～560℃。常用的液體氰化鹽浴通常用中性鹽氯化鈉、氯化鋇、氯化鉀、碳酸鈉等，常用的氰化物鹽有氰化鈉和氰化鉀等，并僅適用于高速鋼工具。另外，還有稱作液體硫氮共滲的鹽浴氮化，配方為氯化鋇30%、氯化鈉20%、氯化鈣50%，另加5%～10%（中性鹽總重量），成粉末狀的硫化亞鐵，其鹽浴含硫量不低于0.2%，再通入一定量的氨氣（NH3），促使鹽浴翻動。工藝參數(shù)是：溫度540℃～560℃，時間90～120分鐘。

1.鹽浴氮碳共滲方法

國外提出了鹽浴氮碳共滲的方法，包括軟氮化、Tenifer法；Tufftriding、新Tenifer法、Melonizing、Sulfinuz法、Sur-Sulf法等。國外的鹽浴碳氮共滲在含氰化物和氰酸鹽的熔鹽中進行，熔鹽中氰酸鹽的熱分解以及其他化學反應(yīng)產(chǎn)生有擴散能力的氮，置于熔鹽中的鐵質(zhì)工件表面和在氣體滲氮時一樣，起催化劑的作用。

2.QPQ鹽浴復合處理技術(shù)

中國的QPQ鹽浴復合處理技術(shù)，是“九五”期間推廣項目。QPQ一詞來源于英文Quench-Polish-Quench一詞的字頭縮寫，原意為淬火（快冷）—拋光—淬火（快冷），后有些學者把不加拋光工序的鹽浴復合處理和增加了拋光工序的QPQ技術(shù)結(jié)合起來，統(tǒng)稱為QPQ鹽浴復合處理技術(shù)。QPQ鹽浴復合處理技術(shù)有以下特點：

（1）良好的耐磨性、耐疲勞性能。大量生產(chǎn)應(yīng)用及試驗證明，該技術(shù)可以提高工模具壽命2倍以上。嚴格的滾動和滑動磨損試驗說明，45鋼、40Cr鋼經(jīng)QPQ鹽浴復合處理后，其耐磨性比高頻淬火高15倍以上，比20鋼滲碳淬火高10倍以上，比鍍硬鉻和離子滲氮高2倍以上。調(diào)質(zhì)的45鋼經(jīng)QPQ鹽浴復合處理以后疲勞強度提高40%。

（2）的抗蝕性。45鋼經(jīng)QPQ鹽浴復合處理以后，在大氣和鹽霧試驗中的抗蝕性比發(fā)黑高70倍以上，比鍍硬鉻高16倍以上，甚至比1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼還高幾倍。

（3）極小的變形。QPQ鹽浴復合處理以后工件的尺寸和形狀幾乎無變化。在佳工藝狀態(tài)下，工件尺寸的脹縮量僅僅為0.005mm。工件形狀的變化也極小，如可以成功地使（508mm×457mm×1.5mm）2Cr13不銹鋼薄板處理后平面度在0.5mm以下。因此，該技術(shù)可以用來解決常規(guī)熱處理方法無法解決的硬化變形難題。

（4）大幅度節(jié)能。與常規(guī)熱處理技術(shù)相比，該技術(shù)處理溫度低、保溫時間短，可以大幅度節(jié)能。與滲碳淬火相比，可以節(jié)能50%以上。

（5）。該技術(shù)在大量生產(chǎn)條件下，經(jīng)各地在生產(chǎn)現(xiàn)場實地檢測，各項環(huán)保指標均低于國家環(huán)保排放標準允許值。迪高沙公司曾因這項技術(shù)獲德國環(huán)保獎。

QPQ鹽浴復合處理技術(shù)的“復合”一詞說明它不是一種單一的技術(shù)?！皬秃稀钡母拍铙w現(xiàn)在它是滲氮（氮碳共滲）和氧化工序的復合；在性能上，它是高耐磨性與高抗蝕性的復合；在工藝上，它是熱處理技術(shù)與防腐技術(shù)的復合。


鹽浴鈦氮化

早在20世紀70年代，為了改變氣體滲氮時間長、硬度不均等缺點，廣大的工程技術(shù)人員和車間工人投入了大量的精力和時間，研究了在氮化時加入電解鈦而使?jié)B速加快、滲層加深的工藝，當時叫做鍍鈦氮化，并在一些產(chǎn)品上進行了試用，還對鈦氮化和普通氣體氮化、鹽浴氮化進行了對比試驗。

實際生產(chǎn)表明，鈦氮化能大大加快滲速，并使工件的硬度大大提高，從而大大提高了鉆頭、刀具、工具、模具的使用壽命。特別對于高速鋼制造的鉆頭和刀具等，既克服了其他氮化造成刀口脆性而降低使用壽命的缺點，又使壽命大大提高。試驗結(jié)果還指出，對于PVD鍍膜的鉆頭，鈦氮化后也能提高壽命14.5倍。

為了進一步查明鈦氮化的實質(zhì)，還將預先拋光的38CrMoAl鋼金相試樣進行普通氮化和鈦氮化，隨后再進行拋光（約拋出0.02mm）制取二次碳復型，在國產(chǎn)DX-301電子顯微鏡下觀察獲得的氮化層電子顯微組織。

比較上述結(jié)果可以看出，與普通氮化一樣，鈦氮化除在α鐵基底上分布彌散小粒外，還存在白色條塊狀亮相，鈦－擴鈦氮化后的這種亮相的數(shù)量比鈦氮化大大增加，估計這種亮相與鈦有關(guān)。

當年的實踐證明，鈦氮化有以下特點：

，鈦氮化能在較短的時間內(nèi)獲得較厚和較硬的氮化層。8小時鈦氮化的深度較60小時普通氮化的要深，表面硬度沒有差別；12小時鈦氮化有效硬化層（HV＞900）較60小時普通氮化層厚，表面硬度也高得多。尤其是40Cr鋼，8小時的鈦氮化，其硬度、深度和有效硬化層都超過60小時的普通氮化。

第二，鈦氮化工藝可用于任何鋼鐵零件，不于氮化鋼。除了38CrMoAl、42CrMo、40Cr、20Cr、20號鋼外，各種型號的不銹鋼、高速鋼、合金工具鋼、彈簧鋼及10號鋼、Y12鋼和球墨鑄鐵均可進行鈦氮化，并能獲得較滿意的結(jié)果。

第三，鈦氮化件有良好的耐沖擊性能和疲勞強度，耐熱性、耐腐蝕性能也好。經(jīng)氮化處理的3Cr2W8鋼的熱鍛模、沖頭等，其使用壽命比用其他方法熱處理的要長。第四，鈦氮化處理所需時間短，并可在較低的溫度下處理，工件變形小，可節(jié)約加工費用，適于大量生產(chǎn)。近十年來，大連圣潔公司的工作人員繼續(xù)努力進一步試驗總結(jié)了鈦氮化的工藝，并在鉆頭、工具、模具等產(chǎn)品上進行了批量試驗，取得了較好的結(jié)果，并申報了兩項發(fā)明專利。


英國BODYCOTE和預抽真空氣體軟氮化處理

鮑迪克（寧波）熱處理有限公司是總部在英國的鮑迪克國際PLC（）的子公司。該公司是從事熱處理加工和檢測的世界。鮑迪克集團無錫工廠的臥式預抽真空氣體軟氮化爐，在世界上也屬于的設(shè)備，該設(shè)備克服了傳統(tǒng)井式氣體氮化爐的各種缺點，不但可以降低成本，而且爐子的均勻性、穩(wěn)定性、可控性和可調(diào)性都特別好，因此，加工出的產(chǎn)品能夠很好地達到汽車、航空工業(yè)高精技術(shù)標準要求，且一爐多用，氮化后還可以進行發(fā)黑處理。

法國HEF及舍舍夫（SURSULF）鹽浴表面滲氮處理技術(shù)

1.舍舍夫的性

舍舍夫（SURSULF）過程是HEF公司開發(fā)的一種表面處理技術(shù)，與其他滲氮工藝相比，它具有如下性：

（1）。整個過程幾乎，舍舍夫（SURSULF）爐中的氰根濃度低于0.8%，多數(shù)情況下，就像在Perkins，氰根濃度在0.4%～0.5%，目前在世界上是低的。其他相應(yīng)過程，氰根濃度在2%～5%。因此，舍舍夫（SURSULF）過程在世界上被認為EnvironmentalFriendlyProcess”or“EnvironmentalAcceptableprocess”（“與環(huán)境友好的過程”或“環(huán)境可接受的過程”）。

（2）。與其他表面方法相比，工件有更高的耐疲勞強度、耐磨性、表面硬度和耐腐蝕性，以及更低的表面摩擦系數(shù)。與其他滲氮表面處理相比，其具有更好的工件表面外觀質(zhì)量。原因之一是采用了連續(xù)自動濾渣、除渣系統(tǒng)，使得鹽浴爐始終保持高度的純凈。工件表面化合層厚度和結(jié)構(gòu)可根據(jù)K2S的量進行調(diào)節(jié)，滿足不同場合的要求，如解決磨損、點蝕和疲勞的問題，或解決咬合、粘著和拉傷問題。所以，具有的性能價格比。

（3）率。由于在鹽浴爐中加入了鋰（Li）等元素，使?jié)B氮的潛力大幅度提高，在達到相同化合物厚度和擴散層厚度的條件下，其處理時間要大大減少，一般處理時間在30分鐘至120分鐘，化合層厚度可達10～30μm。

（4）。與氣體滲氮相比，工件變形極小，可以滿足要求的零部件要求。

（5）適應(yīng)性強。可處理各種黑色金屬（鋼、鐵、鑄鐵、燒結(jié)鐵等）及形狀復雜的構(gòu)件。

（6）使用方便。操作和維護都十分方便，爐子的清潔平均只要每周一次。

2.舍舍夫工藝技術(shù)與其他熱處理工藝技術(shù)的比較

與氣體碳氮工藝NITEMPER或其他同類氣體滲氮處理，如INDURE、TOUG-HNITE、BELL等，進行對比。氣體氮碳工藝通常是在加30%的氨氣的吸熱氣氛中進行，溫度在570℃，這些氣體滲氮的處理時間需要4至8小時，適用于所有鋼制工件，但導致處理工件變形。采用舍舍夫（SURSULF）工藝技術(shù)，則具有以下優(yōu)勢：由于鹽的化學成份，能處理所有的鋼和鑄鐵件（不同于NITEMPER，由于游離石墨已被溶解在鹽爐中，不會對化合層造成污染）。舍舍夫（SURSULF）工藝形成ε相化合層，因而不脆（它具有良好的表面抗疲勞強度），比γ‘+ε混合相的化合層具有更好的抗磨性和耐腐蝕性能。另外，處理時間短，生產(chǎn)率高，并且投資少，不要求熟練操作工作。

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