用于深層qpq技術(shù)的稀土配方鹽及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于深層QPQ技術(shù)的稀土配方鹽及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 深層QPQ高新技術(shù)，它涉及一種全新的金屬材料鹽浴復(fù)合表面強(qiáng)化改性技術(shù)。金 屬材料在兩種不同性質(zhì)的熔融鹽浴作復(fù)合處理，以使多種元素同時(shí)滲入金屬表面，形成由 氧化膜、化合物層、擴(kuò)散層組成的復(fù)合滲層，以使金屬材料得到強(qiáng)化改性，并可以同時(shí)大幅 度提高金屬材料的強(qiáng)度、硬度，耐磨性、耐蝕性及耐沖擊性，同時(shí)還可以做到全工藝過程無 公害，實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。本發(fā)明具有深層催滲效果，在工件表面形成具有足夠深度和一定硬度 的高質(zhì)量深層，并能改善工件性能。
[0003] 深層QPQ技術(shù)是在保留原有普通QPQ技術(shù)的基礎(chǔ)上，加深氮化工序的化合物深度， 使之由原來的15-20um加深到30um以上。深層QPQ技術(shù)包括化合物層深度在30um以上的 鹽浴或氣體的滲氮，或碳氮共滲及其隨后的鹽浴或氣體的氧化工序，中間還有拋光工序。用 該工藝對金屬進(jìn)行處理不需要噴涂任何防護(hù)材料，并且工藝簡單，成本低廉，節(jié)能環(huán)保無公 害，工作環(huán)境清潔，外觀美觀等特點(diǎn)。該技術(shù)做到了原材料無毒不污染環(huán)境，各項(xiàng)環(huán)保指標(biāo) 經(jīng)環(huán)保部門測定均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)使金屬表面的耐磨性、抗腐蝕性及力學(xué)性能硬度強(qiáng) 度都有更大幅度的提高。
[0004] 加深化合物層深度現(xiàn)在主要是把氮化溫度由520-580°C提高到600°C以上。但是 氮化溫度提高到600°C以上在金屬學(xué)領(lǐng)域是一個(gè)全新的課題，通常鋼鐵滲氮區(qū)域的溫度是 500-600°C，碳氮共滲區(qū)域的溫度在750°C以上，很長時(shí)間以來600-750°C是鋼鐵材料表面 處理的技術(shù)空白區(qū)。深層QPQ技術(shù)首次填補(bǔ)了國內(nèi)該技術(shù)空白區(qū)。目前公開的QPQ氮化鹽 成分由C0(NH2)2, Na2C03, K2C03, Κ0Η組成，工作溫度通常為420-580°C，目前市面上現(xiàn)有QPQ 技術(shù)氮化鹽的熔點(diǎn)低，使用熔點(diǎn)溫度通常在420-580°C，當(dāng)使用熔點(diǎn)溫度低于420°C時(shí)，氮 化鹽將不會化解，仍屬塊狀不能發(fā)生化學(xué)催化反應(yīng)；當(dāng)使用溫度超過600°C時(shí)，將會容易分 解并很快揮發(fā)，氮化鹽鹽浴成分不容易穩(wěn)定，并且高溫下形成的化合物層疏松比較嚴(yán)重，氮 化效果極差。這就限制了普通QPQ技術(shù)的適用范圍。
[0005] 深層QPQ技術(shù)具有更廣泛的應(yīng)用前景，首先是原來有很多產(chǎn)品想采用QPQ技術(shù)，但 因其滲層太薄而不能采用，現(xiàn)在深層QPQ技術(shù)可以在這方面擴(kuò)大應(yīng)用規(guī)模；其次是現(xiàn)有采 用普通QPQ技術(shù)的產(chǎn)品，如果采用深層QPQ技術(shù)會大幅度提高產(chǎn)品的耐磨性、耐蝕性和疲勞 強(qiáng)度，延長產(chǎn)品的使用壽命，因此在提高產(chǎn)品質(zhì)量方面有較大市場。30um以上的化合物層可 以承受某些精密磨削，這樣深層QPQ技術(shù)可以擴(kuò)大在很多高精度產(chǎn)品的應(yīng)用方面會有非常 廣泛、非常重要的用途?？傊顚観PQ技術(shù)的潛在市場是十分巨大的。
[0006] 本發(fā)明的目的是為了克服目前普通QPQ技術(shù)氮化鹽使用熔點(diǎn)溫度420-580°C之 間極限范圍瓶頸，氮化物層深度不夠厚的不足，導(dǎo)致多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域受限制較大，本發(fā)明可提 供一種擴(kuò)大目前所知氮化鹽的使用熔點(diǎn)溫度范圍，可以對中、低碳鋼進(jìn)行化合物層深度為 70 μ m以上的深層QPQ技術(shù)處理的用于液體氮化的稀土配方氮化鹽。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是提供一種用 于深層QPQ技術(shù)的稀土配方鹽，之二是提供上述用于深層QPQ技術(shù)的稀土配方鹽的制備方 法。
[0008] 本發(fā)明目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0009] -種用于深層QPQ技術(shù)的稀土配方鹽，由下述重量份的原料組成：30-50份 C0(NH2)2、10-30 份 K2C03、10-30 份 Na2C03、5-15 份 NH4C1、1-5 份 K2S03、1-5 份 La2(C03)3, 3-7 份 BeOH。
[0010] 在使用過程中本發(fā)明的反應(yīng)原理是：
[0011] 基鹽，再生鹽熔化時(shí)的反應(yīng)：2C0(NH2)2 + C032 - 2CN0 + 2NH3 丨 + H20 t + C02 個(gè)
[0012] 鹽浴中氰酸根分解，反應(yīng)產(chǎn)生得到活性氮原子，進(jìn)而滲入工件表面形成化合物層 和擴(kuò)散層。
[0013] 氰酸根分解提供活性氮原子：4CN0 - C0 32 + 2CN + CO + 2「N」
[0014] 氮化過程中的氮化反應(yīng)：3Fe +「N」一Fe3N ;4Fe +「N」一Fe4N
[0015] 氰酸根分解產(chǎn)生的C0,進(jìn)而分解出C原子滲入工件形成碳化物。
[0016] 活性碳原子的生成反應(yīng)：2C0 -「C」+ C02丨；3Fe + C - Fe 3C
[0017] 鹽浴中用氧化劑使氰根氧化成氰酸根。
[0018] 氰根被氧化性成分氧化消耗反應(yīng)：2CN + 02-2CN0 ;4CN0 + 302- 2C0 32 + C02 個(gè) + 4「N」
[0019] 其中CO (NH2) 2分別與K 2C03, .0)3反應(yīng)均生成氰酸根離子CNO ;K 2S03控制氰根離 子CN ;NH4C1提供中性鹽浴的基礎(chǔ)環(huán)境；碳酸銅La2(C03)3提尚氣化鹽的活性，促進(jìn)滲氣；氛 氧化鈹BeOH提高鹽浴流動性和基礎(chǔ)成分的穩(wěn)定性，拓寬氮化鹽的溫度使用范圍。氰酸根 分解產(chǎn)生的C0,進(jìn)而分解出C原子滲入工件形成碳化物，這些碳化物對氮的滲入有較強(qiáng)的 促進(jìn)作用。氰酸根離子分解，反應(yīng)產(chǎn)生的活性氮原子滲入工件表面，并在表面形成堅(jiān)硬致密 的化合物層和擴(kuò)散層，該化合物主要為鐵氮化化合物Fe3N和Fe4N，從而提高金屬材料的強(qiáng) 度、硬度，耐磨性，耐蝕性，耐疲勞，耐沖擊綜合金屬材料性能。
[0020] 本發(fā)明還提供了上述用于深層QPQ技術(shù)的稀土配方鹽的制備方法：將C0(NH2) 2、 K2C03、Na2C03、NH4C1、K 2S03、La2 (C03) 3、BeOH 混合均勻，放入坩堝中在 300-400 °C，保溫 4-6h， 即得用于深層QPQ技術(shù)的稀土配方鹽。
[0021] 具體的，在本發(fā)明中：
[0022] C0(NH2)2,中文名稱：碳酰二胺，CAS 號：57-13-6。
[0023] K2C03,中文名稱：碳酸鉀，CAS 號：584-08-7。
[0024] Na2C03,中文名稱：碳酸鈉 ，CAS 號：497-19-8。
[0025] NH4C1，中文名稱：氯化銨，CAS 號：12125-02-9。
[0026] K2S03,中文名稱：亞硫酸鉀，CAS 號：10117-38-1。
[0027] La2(C03) 3,中文名稱：碳酸鑭，CAS 號：6487-39-4。
[0028] BeOH，中文名稱：氫氧化鈹，CAS 號：13327-32-7。
[0029] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：優(yōu)化了普通QPQ技術(shù)氮化鹽的傳統(tǒng)配方，添加了能提 高鹽（基鹽和再生鹽）活性的基礎(chǔ)成份碳酸鑭和氫氧化鈹。
[0030] 本發(fā)明氮化鹽中引入稀土活化成分，使氮化鹽在較低溫度狀態(tài)下能保持一定的氮 勢，在較高溫度狀態(tài)下基礎(chǔ)成分不分解，從而將氮化鹽的使用溫度擴(kuò)大到420_690°C之間， 克服了目前普通QPQ技術(shù)氮化鹽使用熔點(diǎn)溫度420-580°C之間極限范圍瓶頸，氮化物層深 度不夠厚的不足，導(dǎo)致多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域受限制較大，用本發(fā)明的深層QPQ技術(shù)稀土配方氮化 鹽來處理，可以得到70 μ m以上的深層化合物層，比目前所知的普通QPQ技術(shù)得到化合物層 的滲層深度超出二倍。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，以下所述，僅是對本發(fā)明的較佳實(shí)施 例而已，并非對本發(fā)明做其他形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示 的技術(shù)內(nèi)容加以變更為同等變化的等效實(shí)施例。凡是未脫離本發(fā)明方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明 的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以下實(shí)施例所做的任何簡單修改或等同變化，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。 [0032] 實(shí)施例1
[0033] 按表1中實(shí)施例1的原料組成，并按下述方法制備用于深層QPQ技術(shù)的稀土配方 鹽。
[0034] 用于深層QPQ技術(shù)的稀土配方鹽的制備方法：按表1對應(yīng)實(shí)施例1的原料配比將 C0(NH2)2、K2C03、Na2C0 3、NH4C1、K2S03、La2(C0 3)3、BeOH 混合均勻，放入坩堝中在 350°C，保溫 5h，即得用于深層QPQ技術(shù)的稀土配方鹽。
[0035] 表1 :原料組成表單位：kg
[0038] 實(shí)施例2
[0039] 按表1中實(shí)施例2的原料組成，并按下述方法制備用于深層QPQ技術(shù)的稀土配方 鹽。
[0040] 用于深層QPQ技術(shù)的稀土配方鹽的制備方法：按表1對應(yīng)實(shí)施例2的原料配比將 C0(NH2)2、K2C03、Na2C0 3、NH4C1、K2S03、La2(C0 3)dg合均勻，放入坩堝中在 350°C，保溫 5h，即 得用于深層QPQ技術(shù)的稀土配方鹽。
[0041] 實(shí)施例3
[0042] 按表1中實(shí)施例3的原料組成，并按下述方法制備用于深層QPQ技術(shù)的稀土配方 鹽。
[0043] 用于深層QPQ技術(shù)的稀土配方鹽的制備方法：按表1對應(yīng)實(shí)施例3的原料配比將 C0(NH2)2、K2C03、Na2C0 3、NH4C1、K2S03、BeOH 混合均勻，放入坩堝中在 350°C，保溫 5h，即得用 于深層QPQ技術(shù)的稀土配方鹽。
[0044] 對比例1
[0045] 按表1中對比例1的原料組成，并按下述方法制備用于深層QPQ技術(shù)的稀土配方 鹽。
[0046] 用于深層QPQ技術(shù)的稀土配方鹽的制備方法：按表1對應(yīng)對比例1的原料配比將 CO (NH2) 2、K2C03、Na2C03、NH 4C1、K2S〇dg合均勻，放入坩堝中在350 °C，保溫5h，即得用于深層 QPQ技術(shù)的稀土配方鹽。
[0047] 測試?yán)?
[0048] 使用實(shí)施例1-3和對比例1制得的用于深層QPQ技術(shù)的稀土配方鹽對15#鋼進(jìn)行 氮化處理，4組測試同一步驟中加入實(shí)施例1-3和對比例1制得的用于深層QPQ技術(shù)的稀土 配方鹽的重量均相同，先將經(jīng)過清洗、除銹的坩堝吊入電爐中，然后將控溫電偶緊靠坩堝壁 插入坩堝內(nèi)，控溫儀表定在700°C，然后開始升溫化鹽。再將基鹽加入坩堝中，加到坩堝深度 的3/4。然后蓋上爐蓋，開動通風(fēng)系統(tǒng)，待坩堝下部的鹽開始熔化并下沉以后，繼續(xù)加入適量 基鹽，使基鹽浴面始終保持在大體相同的高度，直到最后全部熔化成液體，鹽浴面上升到距 離坩堝上部邊緣150_時(shí)，停止加鹽。當(dāng)氰酸根低于要求值32%時(shí)，應(yīng)向氮化鹽浴中加入調(diào) 整鹽4kg，以提高氰酸根含量到35%?；}全部熔化后，在625°C空氣爐運(yùn)行3h。具體結(jié)果 見表2。
[0049] 表2 :化合物層厚度表，單位：μ m
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于深層QPQ技術(shù)的稀土配方鹽，其特征在于，由下述重量份的原料組成： 30-50份C0(NH2)2、10-30份K2C03、10-30份Na2C03、5-15份NH4Cl、l-5份K2S03、l-5份 La2(C03)3,3-7份BeOH。2. 如權(quán)利要求1所述的用于深層QPQ技術(shù)的稀土配方鹽制備方法，其特征在于，將 CO (NH2)2、K2C03、Na2C03、NH4C1、K2S03、La2 (C03)3、BeOH混合均勻，放入坩堝中在300-400°C，保 溫4-6h，即得用于深層QPQ技術(shù)的稀土配方鹽。
【專利摘要】一種用于深層QPQ技術(shù)的稀土配方鹽及其制備方法，所述用于深層QPQ技術(shù)的稀土配方鹽由下述重量份的原料組成：30-50份CO(NH2)2、10-30份K2CO3、10-30份Na2CO3、5-15份NH4Cl、1-5份K2SO3、1-5份La2(CO3)3，3-7份BeOH。本發(fā)明氮化鹽中引入稀土活化成分，使氮化鹽在較低溫度狀態(tài)下能保持一定的氮勢，在較高溫度狀態(tài)下基礎(chǔ)成分不分解，從而將氮化鹽的使用溫度擴(kuò)大到420-690℃之間，克服了目前普通QPQ技術(shù)氮化鹽使用熔點(diǎn)溫度420-580℃之間極限范圍瓶頸，氮化物層深度不夠厚的不足，導(dǎo)致多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域受限制較大，用本發(fā)明的深層QPQ技術(shù)稀土配方氮化鹽來處理，可以得到70μm以上的深層化合物層，比目前所知的普通QPQ技術(shù)得到化合物層的滲層深度超出二倍。
【IPC分類】C23C8/48
【公開號】CN105420664
【申請?zhí)枴緾N201510894920
【發(fā)明人】郭偉
【申請人】郭偉
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月7日