氮化黑色金属部件提高其耐腐蚀性的方法技术

本发明专利技术涉及黑色金属的氮化方法，不但能取得直接氮化的表面性能，还能同时取得氮化后氧化处理的效果。方法是将部件在熔盐浴中浸渍一适当时间，所述熔盐浴常规含有碱金属碳酸盐和氰酸盐以及少量含硫物质，部件相对于与盐浴接触的反极呈正电势，低高电流自部件经盐浴流向反电极，副反应形成的氰化物浓度保持在低于６％。有利的是使用恒定电流，典型的电流密度为３００－８００Ａ／ｍ↑［２］，温度为４５０－６５０℃，处理时间为１０－１５０分钟。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及氮化黑色金属部件，提高其耐腐蚀性的方法，其中，在主要由碱金属氰酸盐和碳酸盐组成的熔盐浴中浸渍处理所述部件一段时间。能将非金属(主要是氮，还有碳和硫)扩散至黑色金属部件表层，以改善其耐磨性和抗沾附性的盐浴已为人们所知许多年了。使用基于氰化物的盐浴，其毒性导致了实施问题。此后，使用的盐浴其活性元素主要是氰酸根离子，阳离子是可提供化学稳定性、同时具有足够低的熔点的碱金属。FR-A-2171993和FR-A-2271307描述了这种类型的盐浴，其中碱金属中锂的存在以及少量的含硫物质的存在导致产生了更好质量的氮化层。FR-A-2271307还描述了盐浴的再生方法，方法是与供氮物质一起将再生盐，包括至少一种其结构式中带有羧基的物质引入盐浴中，从而使氰化物浓度保持在痕量水平，硫作为再生剂的催化剂。氮化不仅改善耐磨性和抗沾附性，同时也改善耐腐蚀性。众所周知，将氮化部件浸于温度为360℃至500℃、包括碱金属硝酸盐和氢氧化物，混合物的氧化盐浴中至少10分钟，可以提高其耐腐蚀性。FR-A-2525637描述了含有碱金属碳酸盐、氢氧化物和硝酸盐以及少量碱金属盐氧化剂的盐浴，碱金属盐氧化剂的氧化还原电势相对于参比氢电极为-1伏或更低。使用这种盐浴需要吹入空气以保持浴中溶解氧的饱和并限制固体颗粒的浓度，显著地提高了耐腐蚀性。然而，所述二步法，即氮化加氧化显著地增大了投资和生产成本，需要重复安装坩埚和对部件的重复处理。因此，很明显，可获得氮化和氧化部件性能的单一盐浴处理具有极大的经济优势。为实现这一效果，本专利技术提出了氮化黑色金属部件以提高其耐腐蚀性的方法，其中通过将部件浸渍于溶浴中一适当时间进行处理，溶盐主要由碱金属碳酸盐和氰酸盐构成，还含有一定量的至少一种含硫物质，在部件浸于盐浴的过程中相对于盐浴接触的反电极使部件呈正电势，从而使大量电流通过盐浴自部件流向反电极，由副反应形成的氰化物的浓度维持在低于6%。本专利技术人发现氮化盐浴中以上述方式流动的电流导致形成的表层具有新的宏观和微观外观，根据电流，显示出发生在盐浴和部件界面间的氧化还原现象。初期试验表明-如果相对于反电极部件呈负电势，氰酸盐在界面处还原为氰化物，氮没有向部件扩散;-如果部件与反电极呈相同的电势，结果与常规氮化相同;-如果相对于反电极部件呈正电势，在界面处首先出现部件的氧化，然后发生基体的铁与氮反应。令人惊奇的是，在上述第三种情形下氮化物层和氧化物层是完全明显的两层，一层在另一层之上，氮化物与基体相接触，氧化物在表面，并不是两种物质的混合物。盐浴宜装在一个自身形成反电极的金属坩埚中。这除了免除了使用一个单独的反电极，坩埚的尺寸和形状也有利于熔盐浴内电场的构型，使部件上电流密度均匀，降低了反电极的电流密度，而且相应地减少了在盐浴坩埚壁界面处发生次级氧化还原现象。流经盐浴的平均电流应在整个部件处理过程中保持恒定。经处理在部件上形成的表层的性质随导致所述层面产生的电流密度而变化。若在处理过程中电流保持恒定，结果便有再现性。适当的电流密度值为300A/m2至800A/m2，优选450A/m2-550A/m2。若使用工业电化学中常用的电流密度单位，即A/dm2，上述范围为3A/dm2至8A/dm2，优选4.8A/dm2至5.5A/dm2盐浴温度为常规的450℃至650℃，优选550℃至600℃。处理时间可为10至150分钟，最有效的处理时间是30至100分钟。优选的盐浴具有基本上相当于FR-A-2171993中所述的组成，更准确的是具有下述阴离子和阳离子浓度CMO-CO32-K+Na+Li+30-45% 15-25% 20-30% 15-25% 0.5-5%盐浴的氰化物CN-浓度低于2%，含有至少一种含硫物，其量应能使盐浴的S2-浓度为1ppm至6ppm。根据FR-A-2271307的教导，最好是保持盐浴的初始组成并保持其均匀性，初始组成的保持通过添加再生剂完成，均匀性通过吹入空气实现。本专利技术的特征和优点由以下说明和实例可更清楚地为人们所理解的鉴赏。本专利技术的方法是通过试验开发的，一次试验只改变一个参数。在此条件下，与已知的氮化方法相比，本专利技术的内容是使电化学方法与热化学氮化方法结合，而此前并不知两种方法间可能出现的相互作用，实验中确定保持热化学参数(盐浴的组成和温度)不变，改变电化学参数(电流密度和通过盐浴的电荷量)。然而，在恒定电流密度下，电荷量参数与电流通过盐浴的时间等效，故它也是一个热化学参数。使用的金属坩埚装有400千克如FR-A-2171993所述的加热至570℃的熔盐。根据FR-A-2271307所示通过周期性计量加入再生剂盐和硫化钾使其化学组成保持恒定。以250升/分的速率向坩埚中吹入空气以保持均匀性。定期过滤使悬浮液中的固体浓度保持在可接受的水平。试件为1毫米厚的XC38钢板(100mm×100mm，两面总表面积2dm2)。将试件固定在由坩埚上部开口装入并与上部开口绝缘的金属棒上。电压电流稳定的10安培直流电源的一极接在坩埚上，另一极接在固定试验件的电流输入棒上。盐浴处理之前，钢板试件在三氟乙烯气中脱油脂。处理后由该浴中取出的试件于室温下在平静的空气中冷却两分钟(防止热击)，浸于热水(＞60℃)10分钟，吹入空气使水搅动，然后用热空气干燥。首批试验以恒定电压进行。发现通过盐浴的电流随时间下降。可能表示在盐浴与电极(反电极，和更重要的是试件)间的界面形成极化。可以认为若盐浴的组成和温度保持恒定，浴中电压降基本保持恒定。在电流随时间下降的同时，还发现即使坩埚以前的历程和固定试件的组件不同，保持恒定电压试件在处理结果上的偏差基本相似。试验表明，试件和电流输入棒之间接触的质量对通过盐浴的电流和结果的再现性有很大的影响。若试件和电流输入棒间的接触没有电阻波动，在规则和稳定的电流下，试验结果的再现性很好。Ⅰ.第一批试验，确定工作电流密度应留意的是，若试件相对于反电极呈负电势，在试件的表面上没有氮化层出现，在此情况下试件是电子供体，盐浴的氰酸盐在界面处还原为氰化物，不释放氮。若在试件和反电极间不施加电压，结果与常规氮化相同，这构成了本专利技术处理方法的参比技术。因此，在这一批试验中，逐步增加流经盐浴后电流。此后，将电流表示为电流密度，这一参数对于试件尺寸的变化来讲基本是一个不变量。在这一批试验中，试件有效表面积是2dm2。因此将电流定为2，4，6，8和10安培，即1，2，3，4和5A/dm2在这批试验中，处理时间均为90分钟。在所有情形下都观察到与基体接触的致密白层形成，可与没有电流氮化的参考试件相比。这种在第一层上有另一层的结构取决于电流密度-最高至3A/dm2，为多孔层，与参考例为同一种类，但较厚(20μm至25μm，而不是几个μm)。-由4A/dm2起，为一致密的灰层，约20μm厚。试件经受了腐蚀试验。采用了两种方法即在脱气3%NaCl溶液中测定腐蚀电势，和出现腐蚀痕迹前暴露于标准盐喷洒的时间。在这些试验中，钢板的四个边缘用清漆保护以防止边缘邻近处出现干扰试验的不正常状况。试验结果示于下面表1。表1电流密度 腐蚀电势 暴露于盐喷洒(A/dm2) (mV) 的时间(小时)1 -490 <242 -420 &a本文档来自技高网...

【技术保护点】
氮化黑色金属部件以改善其耐腐蚀性的方法，其中将金属部件浸于熔盐浴中一适当时间，所述熔盐浴主要包括碱金属碳酸盐的氰酸盐以及含有一定量的一种含硫物质，其中在将部件浸于盐浴期间，部件相对于盐浴接触的反电极呈正电势，使大量电流由部件经盐浴流向反电极，由负反应形成的氰化物浓度保持在低于６％。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：H哈德拉巴赫，JP特拉特，
申请(专利权)人：圣艾蒂安液压机械和摩擦研究中心，
类型：发明
国别省市：FR[法国]