一种施加电场快速QPQ处理方法及其设备技术

本发明专利技术涉及一种金属表面化学热处理工艺及设备，尤其涉及一种添加直流电场提高金属表面性能的快速QPQ处理方法及其设备；其采取在盐浴渗氮剂中相对零件欲渗氮面平行放置的仿形板状电极为电场正极，以需渗氮金属件作为负极，正负电极置于装有盐浴的井式炉中密封并加热，同时在需渗氮金属件与正极间施加直流电场，即可实现快速渗氮。本发明专利技术与常规QPQ技术相比，在510~580℃范围内的不同温度，可实现提高渗氮速度、降低渗氮温度、提高渗氮剂的利用率。因此它可以同时替代高频淬火渗碳淬火—回火—发黑（镀铬）等多道工序，应用在汽车、工模具等行业中可以显著提高它们的强度，从而大幅延长使用寿命，降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属表面化学热处理工艺及设备，尤其涉及一种添加直流电场提高金属表面性能的快速QPQ处理方法及其设备。
技术介绍
QPQ复合盐浴处理技术是一种新的金属表面化学热处理技术，该技术主要包含了盐浴氮化和盐浴氧化两种工艺。首先在某一温度下将氮化基盐分解形成活性氮原子，从而在盐浴中形成高浓度的氮势区，氮原子向金属表面扩散并在表层参与反应形成耐磨性、耐腐蚀性极优的化合物层，然后将氮化处理过的工件放人氧化盐浴中进行氧化处理，QPQ复合处理技术是由盐浴渗氮技术演变而来。这种技术实现了渗氮工序和氧化工序的复合，氮化物和氧化物的复合，耐磨性和抗蚀性复合，热处理技术和防腐技术的复合。目前，在表面改性方面，有较多方法如离子渗氮、软氮化、表面喷涂和QPQ盐浴复合处理技术等，这些表面改性方法各有优缺点。离子氮化虽然具有较厚的渗层，但离子渗氮处理成本高；在处理不同形状、尺寸和材料的零件混合装炉进行渗氮时，很难使工件温度均匀一致。QPQ盐浴复合处理技术则具有变形小、极好的的耐蚀性、良好的耐磨性、无公害、成本低廉、节能效果显著的优点。但传统的QPQ处理技术渗层较薄，不能满足即承受摩擦磨损又需要具有良好耐蚀性的工件的需求。尽管提高渗氮温度和保温时间能在一定程度上增加渗层厚度，但却会使渗层变得疏松，反而不利于提高其耐磨、耐蚀性
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种具有渗速快、渗层深的金属表面改性方法及其设备，本专利技术通过直流电场快速QPQ技术，通过促进氰酸根的分解，力口速活性氮原子的有效扩散和吸收，显著降低渗氮温度，加快渗速。本专利技术通过采用施加直流电场来解决现有技术存在的缺点，实现本专利技术目的的技术方案是:一种施加电场快速QPQ处理方法，包括以下步骤:I)将待处理试样表面依次用400IT2000#的SiC砂纸磨平；2)用无水乙醇或丙酮对待处理试样进行15min超声波清洗，去除待处理试样表面油污和杂质，吹干待用；3)将待处理试样放入电阻炉内进行预氧化2(T30min ；4)将井式炉升温至45(T500°C进行保温，待坩埚内氮化基盐充分熔化后，升温至氮化温度；5)以基盐为渗氮剂，在盐浴中放置一个根据待处理试样外形设计的板状电极，以该板状电极作为正极，以待处理试样作为负极，两极相互平行，两极分别对应联接在一个可调的外控直流电源装置的正、负极上，并置于装有盐浴的坩埚中的井式炉中密封加热，渗氮温度为51(T580°C，渗氮时间广4小时，当炉温达到设定值后，在两极间加上5 15V电压。上述技术方案，所述正、负两级间的距离10 100mm。上述技术方案，所述板状电极和待处理试样置于盐浴深度的中间位置。上述技术方案，所述渗氮温度为575°C，渗氮时间为2小时，两级间电压为5V，7.5V或 15V。上述技术方案，还包括渗氮后的盐浴氧化处理，所述氧化温度为30(T40(TC，氧化时间为2(T80min。上述技术方案，所述盐浴氧化温度为370°C，氧化时间为30min。上述技术方案，所述设备包括外控直流电源装置和井式炉，井式炉上设有炉盖，井式炉内设有坩埚，所述坩埚内放置有渗氮基盐，加热后渗氮基盐熔化为基盐溶液，在基盐溶液中放置一个根据待处理试样外形设计的板状电极，所述板状电极通过导线与外控直流电源装置的正极相连，待处理试样通过导线与外控直流电源装置I的负极相连。上述技术方案，所述导线外部设有瓷管。采用上述技术方案后，本专利技术具有以下积极的效果:( I)本专利技术QPQ处理方法克服了传统QPQ单纯依赖渗剂受热分解产生活性氮原子之不足，再依靠扩散依附在工件表面的局限，利用直流电场的物理作用促进渗剂的分解，增加活性氮原子的浓度和活性，起到催渗的作用；在热扩散的同时，利用正极的特殊形状和放置位置，直流电场还加快活性氮原子向零件(负极)需渗氮面的定向扩散，相对减少了渗箱内壁与零件非工作面相对氮原子的吸收，从而加快渗速，减少QPQ盐浴复合处理时间，达到节能环保的目的；(2)本专利技术QPQ 处理方法与常规QPQ技术相比，在51(T580°C范围内的不同温度，可实现提高渗氮速度、降低渗氮温度、提高渗氮剂的利用率，因此它可以同时替代高频淬火渗碳淬火一回火一发黑(镀铬)等多道工序，应用在汽车、工模具等行业中可以显著提高它们的强度，从而大幅度延长使用寿命，降低生产成本；(3)本专利技术QPQ处理方法可采用低温加热获得与常规QPQ同样的渗氮层厚度，从而节约能源，降低生产成本，相对其它现有技术，本专利技术操作简单易行；(4)本专利技术QPQ处理设备结构简单，制造成本低，可大规模推广应用。附图说明为了使本专利技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中图1为一种施加电场快速QPQ处理方法渗氮装置示意图；图2为35钢575°C，2h，5V条件下渗氮层组织；图3为35钢575°C，2h，7.5V条件下渗氮层组织；图4为35钢575°C，2h，15V条件下渗氮层组织；图中标号1、外控直流电源装置；2、炉盖；3、井式炉；4、坩埚；5、待处理试样；6、板状电极；7、基盐溶液；8、瓷管；9、导线。具体实施例方式本专利技术在自制的QPQ处理渗氮装置内进行，如图1所示，该渗氮装置包括外控直流电源装置1，井式炉3，井式炉上设有炉盖2，井式炉3内设有坩埚4，坩埚4内放置有渗氮基盐，加热后渗氮基盐熔化为基盐溶液7，在盐浴中放置一个根据待处理试样5外形设计的板状电极6，该板状电极6通过导线9与外控直流电源装置I的正极相连，待处理试样5通过导线9与外控直流电源装置I的负极相连，导线9外部设有瓷管8，瓷管8可对导线9起到良好的保护作用。(实施例1)一种施加电场快速QPQ处理方法，该方法包括以下步骤:I)将待处理试样5表面依次用400IT2000#的SiC砂纸磨平；2)用无水乙醇或丙酮对待处理试样5进行15min超声波清洗，去除待处理试样5表面油污和杂质，吹干待用；3)将待处理试样5放入电阻炉内进行预氧化2(T30min ；4)将井式炉3升温至45(T500°C进行保温，待坩埚4内氮化基盐充分熔化后，升温至氮化温度；5)以基盐为渗氮剂，在盐浴中放置一个根据待处理试样5外行设计的板状电极6，以该电极作为正极，以待处理试样5作为负极，两极相互平行，板状电极6和待处理试样5距离为10mm，两极分别对应联接在一个在5 15V范围内可调的专用直流电源的正、负极上，并置于装有盐浴的坩埚4中的井式炉3中密封加热设定加热温度为575°C，当炉温达到设定值后，在两极间加上直流电压5V并开始计时，保温2小时后取出；6)浸入氧 化炉进行表面盐浴氧化处理，盐浴氧化温度为370°C，氧化时间为30min ；7)氧化结束后，将待处理试样5取出后清洗表面盐层并水冷。试验结果:外加电场的作用使35钢获得厚度约30.2 μ m的渗氮层，见图2，而现有传统渗氮工艺采用相同渗剂配方，经575 °C，2小时渗氮，仅获得厚度约21.7 μ m的渗氮层。(实施例2)I)将待处理试样5表面依次用400IT2000#的SiC砂纸磨平；2)用无水乙醇或丙酮对待处理试样5进行15min超声波清洗，去除待处理试样5表面油污和杂质，吹干待用；3)将待处理试样5放入电阻炉内进行预氧化2(T30min ；4)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种施加电场快速QPQ处理方法，其特征在于：包括以下步骤：1）将待处理试样（5）表面依次用400#~2000#的SiC砂纸磨平；2）用无水乙醇或丙酮对待处理试样（5）进行15min超声波清洗，去除待处理试样（5）表面油污和杂质，吹干待用；3）将待处理试样（5）放入电阻炉内进行预氧化20~30min；4）将井式炉（3）升温至450~500℃进行保温，待坩埚（4）内氮化基盐充分熔化后，升温至氮化温度；5）以基盐为渗氮剂，在盐浴中放置一个根据待处理试样（5）外形设计的板状电极（6），以该板状电极（6）作为正极，以待处理试样（5）作为负极，两极相互平行，两极分别对应联接在一个可调的外控直流电源装置（1）的正、负极上，并置于装有盐浴的坩埚（4）中的井式炉（3）中密封加热，渗氮温度为510~580℃，渗氮时间1~4小时，当炉温达到设定值后，在两极间加上5～15V电压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡静，周正寿，沈志远，解后润，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：