一种铬钛氮碳多元共渗剂及其共渗方法

摘要

本发明公开了一种铬钛氮碳多元共渗剂，由碳酸钠、供铬钛剂、催化剂、氯化钠、氢氧化钠、氰酸钠组成，在改良的氮碳共渗盐浴渗剂的基础上，创新性地加入金属元素铬钛，通过铬钛硫氮碳多元中温盐浴共渗，使得工件可具备更好的耐高温能力、耐疲劳性能、耐腐蚀性能和更强的硬度。与常规热处理技术相比，本发明所述采用中温盐浴共渗，处理温度低，保温时间短，可以大幅度节能，与渗碳淬火相比，可以节能50%以上。本发明所述的共渗剂及共渗方法适用范围很广，适用于碳素结构钢、模具钢、不锈钢的表面处理。

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料的表面处理技术，特别涉及一种铬钛氮碳多元共渗剂及其共渗方法。

背景技术

材料的表面和近表面区域控制着固体的许多机械和化学性质，如摩擦、磨损、腐蚀和断裂等，因此采用各种表面处理技术改造材料表面的性能，是保证模具质量和使用寿命的重要环节。目前模具表面处理技术有很多种，常用的有渗碳、渗氮、碳氮共渗、硫氮碳共渗、渗硼、渗钒、TD覆层、物理气相沉积等。其中，应用较多的是碳氮共渗。氮碳共渗，是在工件表面渗入氮和碳的化学热处理工艺，具有处理温度低，时间短，不受钢种限制及零件畸变小等优点，处理后工件的耐磨性、耐蚀性、疲劳强度能够得到提升。但是，盐浴氮碳共渗处理仍旧存在工件耐高温能力和耐腐蚀性能较差的问题。

发明内容

本发明的针对现有技术存在的不足，提供一种铬钛氮碳多元共渗剂及其共渗方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种铬钛氮碳多元共渗剂，由碳酸钠、供铬钛剂、催化剂、氯化钠、氢氧化钠、氰酸钠组成，各组分的质量百分比分别为碳酸钠10-20％、供铬钛剂1-3％、催化剂0.5-1.5％、氰酸钠65-80％、氢氧化钠1-6％，氯化钠，余量；其中，所述供铬钛剂为粉末态，包含铬-铁合金和钛-铁合金。

作为发明的进一步改进，所述供铬钛剂还包含铬粉、Cr₂O₃、铬酸盐、铬铁矿粉中的至少一种。

作为发明的进一步改进，所述供铬钛剂还包含海绵钛、钛粉、氯化钛、钛氧化物、氢化钛、钛铁矿粉中的至少一种。

作为发明的进一步改进，所述催化剂为NH₄Cl和NaF中的混合物。

作为发明的进一步改进，所述供铬钛剂中所含铁铬钛质量比为Fe：Cr：Ti＝1：2-5：1-3。

一种共渗方法，包括如下步骤：

先取铬钛氮碳多元共渗剂加热熔化，形成盐浴；

将钢材料放入上述渗剂中保温处理0.5-7h，材料表面形成共渗层；

取出空冷，得到处理后的钢材料；

所述共渗剂如上述任一项所述。

作为发明的进一步改进，所述的钢材料为碳素结构钢、模具钢、不锈钢中的任意一种。

作为发明的进一步改进，所述的加热温度为470-610℃。

作为发明的进一步改进，所述的保温处理时间为0.5-7h。

作为发明的进一步改进，所述的加热熔化和所述的保温处理过程是在盐浴炉中进行的。

本发明的有益效果：

本发明针对传统氮碳共渗存在的耐高温能力和耐腐蚀性能较差的问题，在改良的氮碳共渗盐浴渗剂的基础上，创新性地加入金属元素铬钛，通过铬钛氮碳多元中温盐浴共渗，使得工件可具备更好的耐高温能力、耐疲劳性能、耐腐蚀性能、更强的硬度和较好的不沾黏性能。与常规热处理技术相比，本发明所述采用中温盐浴共渗，处理温度低，保温时间短，可以大幅度节能，与渗碳淬火相比，可以节能50％以上。本发明所述的共渗剂及共渗方法适用范围很广，适用于碳素结构钢、模具钢、不锈钢的表面处理。采用本发明所述共渗剂和共渗方法对钢材料表面进行处理，可以在材料表面形成大于100μm的共渗层，共渗层最高硬度Hv_1.0可达1350。

具体实施方式

实施例1：

按10-20％碳酸钠、1-3％供铬钛剂、0.5-1.5％催化剂、65-80％氰酸钠、1-6％氢氧化钠、余量氯化钠的百分比取样均匀混合，得到铬钛氮碳多元共渗剂，密封包装待用，其中所述供铬钛剂为粉末态，包含铬-铁合金和钛-铁合金，所述供铬钛剂还包含铬粉、Cr₂O₃、铬酸盐、铬铁矿粉中的至少一种，所述供铬钛剂还包含海绵钛、钛粉、氯化钛、钛氧化物、氢化钛、钛铁矿粉中的至少一种。所述催化剂为NH₄Cl和NaF中的混合物。所述供铬钛剂中所含铁铬钛质量比为Fe：Cr：Ti＝1：2-5：1-3。取上述铬钛氮碳多元共渗剂加入盐浴炉中，加热至470-610℃熔化，形成盐浴，再把钢材料加入保温0.5-7h，材料表面形成共渗层，然后取出空冷，得到处理后的钢材料。所述的钢材料为碳素结构钢、模具钢、不锈钢中的任意一种，针对不同钢材料类型，加热处理的温度和保温的时间不同。

在本实施例中，所述供铬钛剂为铬铁合金、钛铁合金混合物，所含铁铬钛质量比为Fe：Cr：Ti＝1：2：1；各组分的质量百分比为氰酸钠65％、碳酸钠20％、氯化钠10％、氢氧化钠1％、供铬钛剂3％、催化剂1％；盐浴加热温度为520℃，所述加入的金属材料为20#钢工件，保温时间为1h。采用上述方法表面处理后，经测量，工件表面渗层厚度为100μm，表面硬度Hv_1.0＝750。

实施例2：

同实施例1，不同之处在于，所述供铬钛剂所占质量百分比为1％，所述氯化钠所占质量百分比为12％。采用上述方法表面处理后，经测量，工件表面渗层厚度为100μm，表面硬度Hv_1.0＝550。

实施例3：

同实施例1，不同之处在于，所述供铬钛剂所占质量百分比为0.1％，所述氯化钠所占质量百分比为12.9％。采用上述方法表面处理后，经测量，工件表面渗层厚度为100μm，表面硬度Hv_1.0＝450。

实施例4：

同实施例1，不同之处在于，所述供铬钛剂为铬铁合金、钛铁合金、Cr₂O₃、氢化钛、钛铁矿粉混合物，所含铁铬钛质量比为Fe：Cr：Ti＝1：5：2；各组分的质量百分比为氰酸盐80％、碳酸钠10％、氯化钠3.5％、氢氧化钠3％、供铬钛剂3％、催化剂0.5％；加热温度为560℃，加入处理的金属材料为H13模具钢，保温时间为6h。采用上述方法表面处理后，经测量，材料表面渗层厚度为120μm，表面硬度Hv_1.0＝1350，耐磨性能和耐疲劳强度性能大幅提高，模具使用寿命提高2-4倍。

实施例5：

同实施例1，不同之处在于，所述供铬钛剂为铬铁合金、钛铁合金、Cr₂O₃、氢化钛、钛铁矿粉混合物，所含铁铬钛质量比为Fe：Cr：Ti＝1：2：3；各组分的质量百分比为氰酸盐69.5％、碳酸钠15％、氯化钠7％、氢氧化钠6％、供铬钛剂1％、催化剂1.5％；加热温度为500℃，加入处理的金属材料为不锈钢，保温时间为0.5h。采用上述方法表面处理后，经测量，材料表面渗层厚度为100μm，表面硬度Hv_1.0＝1000，且耐磨性能、耐疲劳强度性能和不沾黏性能能够大幅提高。