專利名稱：固液稀土化學(xué)熱處理催滲劑及配制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)或液態(tài)稀土化學(xué)熱處理催滲劑及配制方法。
稀土化學(xué)熱處理是最近幾年由發(fā)明人等開(kāi)拓出來(lái)的稀土應(yīng)用的新領(lǐng)域，它包括稀土在滲碳、碳氮共滲、氮碳共滲(即軟氮化)等工藝過(guò)程中的應(yīng)用，還包括在滲金屬如硼、釩、硅、鉻、鉻鋁、釩硼等工藝過(guò)程中的應(yīng)用。稀土在上述化學(xué)熱處理過(guò)程中起著兩方面的重要作用，其一是活化催滲作用，例如在滲碳、碳氮共滲中能提高滲速;其二是微合金化作用，在滲入的過(guò)程中稀土元素本身亦被滲入到了鋼件的表面，可以改善滲入表層的金相組織和性能，例如在滲碳或碳氮共滲過(guò)程中，可使?jié)B入表層的碳氮濃度提高，碳化物數(shù)量增多并且細(xì)化，從而使耐磨性、抗腐蝕性、疲勞與接觸疲勞強(qiáng)度提高。
同樣在滲硼、滲鉻、硼釩、鉻鋁共滲中亦起著類似作用。因而稀土在化學(xué)熱處理領(lǐng)域中的應(yīng)用，具有十分廣闊的前景。
在現(xiàn)有技術(shù)中，稀土催滲劑中的稀土元素一般采用的混合氯化稀土，羧酸稀土或環(huán)烷稀土，如中國(guó)專利85100594和87101329中公開(kāi)的內(nèi)容，利用上述形式的稀土制作的催滲劑，其催滲效果比較明顯，一般可提高滲速15-25%，但由于稀土元素本身在催滲過(guò)程中滲入鋼件表面的數(shù)量不大，其微合金化的效果并不理想，一般可用鋼件的抗拉強(qiáng)度來(lái)從側(cè)面反映微合金化效果的好壞，例如，用混合氯化稀土配制的稀土滲劑對(duì)20號(hào)鋼進(jìn)行滲碳后淬火并在150℃回火，其抗拉強(qiáng)度σb＝112kg/mm2。
本發(fā)明的目的在于提供一種固態(tài)或液態(tài)的化學(xué)熱處理稀土催滲劑及配制方法，利用該催滲劑，不僅可以獲得較高的催滲效果，亦可獲得較好的微合金化效果。
本發(fā)明的要點(diǎn)如下1、固態(tài)稀土催滲劑的成份比例為氯化La或Ce稀土鹽10-40%，碳酸鈉和碳酸鋇50-60%，尿素10-20%，醋酸鈉15-20%，其中氯化La或Ce亦可用混合的及單質(zhì)的La和Ce的氟化鹽、硝酸鹽或碳酸鹽替代，當(dāng)用于固體碳氮共滲時(shí)，另加黃血鹽20-30%，其配制方法為用糖漿，淀粉做粘合劑與上述成份均勻混合后擠壓成4-8毫米顆粒。
2、液態(tài)稀土催滲劑的成份為甲醇1000毫升中加入氯化La或Ce5-80克，其中，氯化La或Ce亦可用其它可溶于醇類的，混合的或單質(zhì)La或Ce的氟化鹽、硝酸鹽或碳酸鹽替代，溶劑甲醇亦可用乙醇或異丙醇來(lái)替代。
液態(tài)稀土催滲劑的成份除上述外還可另加氯化銨3-8克，尿素5-200克。
本發(fā)明提出的固液稀土催滲劑適用于1)固體稀土催滲劑適用于固體滲碳及碳氮共滲。
2)液體稀土催滲劑適用于滴注式氣體稀土高、中溫滲碳(RE-C)、稀土中溫碳氮共滲(RE-C、N)、稀土低溫氮碳共滲(即軟氮化RE-N、C)、中低溫稀土碳氮硼(RE-C、N、B)以及低溫稀土氮碳硼硫(RE-C、N、B、S)等工藝。
本發(fā)明的固液稀土催滲劑中所用的如下稀土均是有效的包括單質(zhì)La和Ce的稀土氯化物;混合稀土及單質(zhì)La和Ce的氟化物;混合稀土及單質(zhì)La和Ce的硝酸鹽;以及混合稀土及單質(zhì)La和Ce的碳酸鹽等。這些化合物均可溶入甲醇、乙醇、異丙醇等醇類。
根據(jù)固體滲碳及滴注式氣體多元共滲(RE、C、N、B、S等)工藝的不同要求配制成不同的稀土催滲劑。本發(fā)明的稀土催滲劑系通用型，所謂通用型是指原來(lái)的工藝參數(shù)、滲劑在其本不變的情況下，同時(shí)加入本發(fā)明的稀土催滲劑，即可收到①提高滲速15～25%;②改善金相組織及性能的目的。
固體滲碳是一種古老的化學(xué)熱處理技術(shù)，目前仍有不少工廠應(yīng)用。世界及我國(guó)固體滲碳劑均已商品化，使用十分方便。但是目前市場(chǎng)供應(yīng)的滲碳劑仍然存在滲碳溫度高、滲碳時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)，使被處理的產(chǎn)品晶粒粗大，性能惡化，同時(shí)能耗也比較大。這種狀況急需改善。
本發(fā)明在保持原滲碳劑完全不變的條件下，利用稀土的催滲作用而研制出來(lái)的一種附加催滲劑。在固體滲碳時(shí)只要按原來(lái)使用滲碳劑的重量按一定的比例，加入少量本發(fā)明的固體稀土催滲劑，就能收到明顯的效果，可使?jié)B碳速度增加15～25%，或可使?jié)B碳溫度自920～940℃降低至880℃。從而降低了能耗，改善了被處理工件的組織和性能。
本發(fā)明的液體稀土催滲劑是屬于通用型，它可用于現(xiàn)生產(chǎn)中的滴注式氣體滲入法中的高中溫滲碳、中溫碳氮共滲、低溫氮碳共滲(即軟氮化)、中低溫碳氮硼、以及低溫氮碳硼硫等。除用于井式氣體滲入設(shè)備外，箱式氣體滴注多用爐、脈沖式真空滲碳或多用爐中亦可應(yīng)用，僅僅只在原工藝的基礎(chǔ)上按一定的比例增添本發(fā)明液體稀土滲劑，不管什么鋼及什么零件都可收到增加滲速15-25%及改善金相組織的目的。
本發(fā)明的液體催滲劑對(duì)現(xiàn)生產(chǎn)中使用的煤油或丙酮滲碳;煤油等與甲醇的可控氣氛滲碳;吸熱式(RX)可控氣氛滲碳及加氨氣的碳氮共滲;煤油、甲醇及甲酰胺(或三乙醇胺)和尿素等碳氮共滲;在此基礎(chǔ)上再加B2O3的碳氮硼共滲;以及低溫或雙相區(qū)的氨氣加甲醇軟氮化或甲酰胺加甲醇軟氮化等，上述現(xiàn)行工藝中使用的滲劑有些已使用甲醇，有些則沒(méi)有。不管原滲劑是否使用甲醇，均可加入本發(fā)明液體滲劑，只要保證爐內(nèi)有足夠高的合乎工藝要求的碳氮?jiǎng)菁纯墒盏匠尚?。液態(tài)稀土催滲劑中的甲醇亦可用乙醇或異丙醇作溶劑。
采用本發(fā)明固液稀土催滲劑有如下優(yōu)點(diǎn)1)滲速快加稀土催滲劑的比不加的快15～25%，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率;
2)滲層質(zhì)量高由于稀土能滲入到鋼件表面，可以改善表面組織和性能，如第二相化合物的形貌、數(shù)量及分布，提高抗磨損、抗腐蝕和抗疲勞性能;
3)節(jié)約能源統(tǒng)計(jì)資料表明可節(jié)能10～15%;
4)適用于多種工藝和多種設(shè)備;
5)質(zhì)量穩(wěn)定可靠，復(fù)現(xiàn)性高。
實(shí)施例1、固體稀土催滲劑氯化La20%，碳酸鈉25%。碳酸鋇30%，尿素10%，醋酸鈉15%，對(duì)20號(hào)鋼車軸擋進(jìn)行固體滲碳，原工藝用購(gòu)買木炭滲碳劑裝箱，于920℃滲碳，要求層深0.5-0.8mm到溫后入爐6小時(shí)，σb＝112kg/mm2，采用上述固體稀土催滲劑滲碳，爐溫880℃，4小時(shí)出爐，σb＝133kg/mm2。
2、液態(tài)稀土催滲劑，甲醇1000毫升，氯Ce45克20號(hào)鋼860℃中溫滲碳，入爐時(shí)間5小時(shí)滲入深度1.0-1.2mm，σb＝128kg/mm2。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)稀土催滲劑，其特征在于該催滲劑的成份為氯化La或Ce稀土鹽10-40%，碳酸鈉和碳酸鋇50-60%，尿素10-20%，醋酸鈉15-20%，其中氯化La或Ca可用混合或單質(zhì)的La或Ce的氟化鹽，硝酸鹽或碳酸鹽替代。
2.權(quán)利要求1所述催滲劑的配制方法，其特征在于用糖漿，淀粉做粘合劑與該催滲劑中各種成份均勻混合后擠壓成直徑為4-8毫米的顆粒。
3.權(quán)利要求1所述催滲劑，其特征在于在將該滲劑用于固體碳滲共滲時(shí)，另加黃血鹽10-30%。
4.一種液態(tài)稀土催滲劑，其特征在于該滲劑的成份為甲醇1000毫升中加氯化La或Ce5-80克，其中，氯化La或Ce亦可用可溶于醇類的，混合的或單質(zhì)的La或Ce的氟化鹽，硝酸鹽或碳酸鹽替代，溶劑甲醇亦可用乙醇或異丙醇替代。
5.權(quán)利要求4所述稀土催滲劑，其特征在于可另加氯化銨3-8克，尿素5-200克。
全文摘要
本發(fā)明是用氯化稀土、氟化稀土、碳酸稀土及硝酸稀土為主催滲劑，再加少量其它助催化合物配制而成。可廣泛用于固體滲碳，滴注式氣體滲碳和碳氮共滲，軟氮化以及碳氮硼硫等多元共滲工藝，可處理滲碳鋼、結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和模具鋼。通過(guò)加稀土催滲劑處理，可使?jié)B入速度提高15～25％，改善金相組織和提高使用性能，有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。是當(dāng)前較理想的催滲劑。
文檔編號(hào)C23C8/00GK1039069SQ8810420
公開(kāi)日1990年1月24日 申請(qǐng)日期1988年7月5日 優(yōu)先權(quán)日1988年7月5日
發(fā)明者劉志儒 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)