一种低温渗碳的催化方法技术

本发明专利技术公开了一种低温渗碳的催化方法，包括采用多级管道输送渗碳气体，采用在渗碳的不同阶段采用催化能力不同的催渗剂，在维持不锈钢表面有一定的碳原子浓度前提下，避免工件表面由于碳原子浓度过高造成大块Cr2O3的形成，降低表面韧性和耐腐蚀性。区别于现有技术中的滴加或封装添加的方式，采用管路行程上设置催渗剂，并辅以无机多孔载体负载的方式，增大了渗碳气体和催渗剂的接触面积，提高了催化效率。

Catalytic method for low temperature carburizing

The invention discloses a method for catalytic low temperature carburizing, carburizing gas comprises a conveying multistage pipeline used in different period of carburizing by catalytic ability of different catalyst, carbon atom concentration must premise in maintaining the stainless steel surface, avoid the workpiece surface due to the formation of carbon concentration caused by high bulk Cr2O3, reduce the surface toughness and corrosion resistance. Different from the existing technology in the way of dropping or adding package, the pipeline arranged on the catalyst stroke, and inorganic porous carrier load, increases the contact area and catalytic gas carburizing agent, improve the catalytic efficiency.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料表面处理
，尤其是涉及一种低温渗碳的催化方法。
技术介绍
渗碳，是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。常见有液体渗碳、气体渗碳、离子渗碳。传统的气体渗碳是把工件放入密封容器中，通以流动的含碳气体并加热，保温较长时间后，热分解产生活性碳原子，不断吸附到工件表面，并扩散渗入工件表层内，从而改变表层的化学成分和组织，获得优良的表面性能。但是目前气体渗碳的一个主要问题是强化处理周期过长。尤其对于低温气体渗碳，为了防止渗碳处理时工件中的铬与碳反应生成氧化物导致不锈钢工件耐蚀性降低，必须在较低温度下进行，处理过程往往需要几天才能完成，增加了生产周期。在目前的渗碳或渗氮工艺中，已经开始采用稀土作为催化渗碳的助剂，目前的工艺方法主要有：1)将稀土催渗剂混合液(如稀土氯化物的甲醇溶液)以滴加的方式加入渗碳炉内。2)将稀土催渗剂配置成粉状或膏状混合物，装管或装盒密封后置入渗碳炉内。以上方法操作简单，但普遍的缺点是适用性不广，对于工艺复杂的渗碳工艺，如需要多段升温，或对渗碳过程中碳原子浓度变化的要求的工艺，由于只能提供单一的碳原子浓度，无法实现精细化处理。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种低温渗碳的催化方法。采取两段式升降温，并采用不同的催渗剂，提高了碳原子从工件内部到表面的分布均匀性，提高了性能。本专利技术完整的技术方案包括：一种低温渗碳的催化方法，包括如下步骤：1)将奥氏体不锈钢工件进行去除表面钝化膜处理；2)将奥氏体不锈钢放入渗碳炉中，抽真空到10-3Pa；3)通入渗碳气体，加热渗碳炉开始渗碳处理，渗碳气体在分解炉首先经加热，随后经第一管路，并通过第一管路内的第一催渗剂进入渗碳炉，所述第一催渗剂组成为碳酸镧：氧化铈：碳酸钙：乙醇＝(4-6)：(1-1.5)：(4-6)：(12-15)，以上比值为质量比，所述第一催渗剂附着于无机多孔载体上，加热到480℃-520℃，保温1-3小时；4)降温到390℃-410℃，关闭第一管路，渗碳气体通过第二管路内的第二催渗剂进入渗碳炉，所述氧化铈：碳酸钙：乙醇＝(3-3.5)：(4-6)：(12-15)，所述第二催渗剂附着于无机多孔载体上，保温8-12小时；5)随后再次对渗碳炉抽真空，充N2保护并在320℃-350℃保温24小时，完成渗碳处理，。本专利技术相对于现有技术的优点在于采用在渗碳的不同阶段采用催化能力不同的催渗剂，首先采用高催化能力的催渗剂，在高温阶段获得高浓度的活化碳原子浓度，随后降温并长时间保温，使碳原子浓度在工件内部充分扩散的过程中，采用相对催化能力较低的催渗剂，在维持不锈钢表面有一定的碳原子浓度前提下，避免工件表面由于碳原子浓度过高造成大块Cr2O3的形成，降低表面韧性和耐腐蚀性。区别于现有技术中的滴加或封装添加的方式，采用管路行程上设置催渗剂，并辅以无机多孔载体负载的方式，增大了渗碳气体和催渗剂的接触面积，提高了催化效率。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术做进一步说明。选择奥氏体不锈钢的组分为Cr：22.3％～26.5％；Ni：6％～9％；Mo：0.3％～0.8％；C：0.02-0.06％；Mn：4％～7％；Si：1.0％～1.2％；N：0.05％～0.15％；La：0.011％-0.015％；Sr：0.009％-0.011％；Nb：0.1～0.8％；P≤0.02％，S≤0.02％；余量为铁和杂质。上述组分是我院为特别为用于海运船舶的水泵、齿轮、管道、阀门等工件构件设计的不锈钢，采用了较低的Si含量，以降低钢的脆性，提高塑性和韧性，由于在碳氮共渗时表面生成Cr的碳化物，导致碳氮共渗后表面Cr含量降低，难以再次形成钝化膜，因而适当调高Cr含量，有利于提高抗腐蚀性，La和Sr均为晶粒细化剂，其中La已经被用于奥氏体不锈钢中，而Sr之前通常被用于铝合金的晶粒细化中，此次在加入La的基础上增加了Sr，发现晶粒细化效果比单加La有所提高。将上述组分的不锈钢经熔炼，浇注得到铸锭，经锻造或挤压加工工艺后得到奥氏体不锈钢工件，随后进行催化渗碳处理，具体为首先将奥氏体不锈钢工件进行去除表面钝化膜处理；随后配制催渗剂，具体为选择碳酸镧：氧化铈：碳酸钙：乙醇＝(4-6)：(1-1.5)：(4-6)：(12-15)和氧化铈：碳酸钙：乙醇＝(3-3.5)：(4-6)：(12-15)分别配制成第一溶液和第二溶液，加入分散剂和增稠剂，采用60～80℃水浴加热，同时进行搅拌，搅拌时间20～30min，随后加入凹凸棒土或活性炭，继续搅拌60～120min，使其充分混合吸附后缓慢加热，直到乙醇蒸发完毕，得到分别负载有第一催渗剂和第二催渗剂的无机多孔载体。1)将奥氏体不锈钢放入渗碳炉中，抽真空到10-3Pa；2)通入渗碳气体，加热渗碳炉开始渗碳处理，渗碳气体在分解炉首先经加热，随后经第一管路，并通过第一管路内的第一催渗剂进入渗碳炉，加热到480℃-520℃，保温1-3小时；3)降温到390℃-410℃，关闭第一管路，渗碳气体通过第二管路内的第二催渗剂进入渗碳炉，保温8-12小时；4)随后再次对渗碳炉抽真空，充N2保护并在320℃-350℃保温24小时，完成渗碳处理，并对奥氏体不锈钢工件进行淬火热处理。以上所述，仅是本专利技术的较佳实施例，并非对本专利技术作任何限制，凡是根据本专利技术技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本专利技术技术方案的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温渗碳的催化方法，包括如下步骤：1)将奥氏体不锈钢工件进行去除表面钝化膜处理；2)将奥氏体不锈钢放入渗碳炉中，抽真空到10‑3Pa；3)通入渗碳气体，加热渗碳炉开始渗碳处理，渗碳气体在分解炉首先经加热，随后经第一管路，并通过第一管路内的第一催渗剂进入渗碳炉，所述第一催渗剂组成为碳酸镧：氧化铈：碳酸钙：乙醇＝(4‑6)：(1‑1.5)：(4‑6)：(12‑15)，以上比值为质量比，所述第一催渗剂附着于无机多孔载体上，加热到480℃‑520℃，保温1‑3小时；4)降温到390℃‑410℃，关闭第一管路，渗碳气体通过第二管路内的第二催渗剂进入渗碳炉，所述氧化铈：碳酸钙：乙醇＝(3‑3.5)：(4‑6)：(12‑15)，所述第二催渗剂附着于无机多孔载体上，保温8‑12小时；5)随后再次对渗碳炉抽真空，充N2保护并在320℃‑350℃保温24小时，完成渗碳处理。

【技术特征摘要】
1.一种低温渗碳的催化方法，包括如下步骤：1)将奥氏体不锈钢工件进行去除表面钝化膜处理；2)将奥氏体不锈钢放入渗碳炉中，抽真空到10-3Pa；3)通入渗碳气体，加热渗碳炉开始渗碳处理，渗碳气体在分解炉首先经加热，随后经第一管路，并通过第一管路内的第一催渗剂进入渗碳炉，所述第一催渗剂组成为碳酸镧：氧化铈：碳酸钙：乙醇＝(4-6)：(1-1.5)：(4-6)：(12-15)，以上比值为质量比，所述第一催渗剂附着于无机多孔载体上，加热到480℃-520℃，保温1-3小时；...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙振田，马飞，孙金全，
申请(专利权)人：机械科学研究总院青岛分院，
类型：发明
国别省市：山东;37