專利名稱：鈦催化滲氮工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及黑色金屬工件氮化技術，具體的說是以鈦為催化劑的氮化技術。
背景技術：
目前黑色金屬工件的液體鈦氮化硬度較低，滲氮層淺，就普通碳素鋼而言，
在60(TC 2小時處理后，表面硬度公認(HV100g) 500-600，其硬化層(白亮層) 僅為20微米以下且脆性大。對于合金鋼(高速鋼、模具鋼)雖然能達到HV1000 左右的硬度，但使用壽命僅能提高半倍左右，氮化效果不穩定，深淺不一，因 為脆性大，所以使用壽命不理想。更談不上使用低價材料代替高價材料的問題。

發明內容
本發明目的是提供一種滲氮層深，提高表面硬度，延長工件使用壽命，甚 至采用低價材料，如碳素鋼代替高價材料，如高速鋼、模具鋼的鈦催化滲氮工 藝。
本發明的目的可按下述技術方案來實現本發明主要是真對黑色金屬的工 件滲氮加工，提供一種新工藝技術，它包括二大部分 一是先鍍鈦棒，得到滲 氮的鈦催化劑，再用鈦催化劑促進對工件進行滲氮，而達到更先進更理想的效 果。
可通過水溶液電鍍法或干式離子鍍法，獲得鈦的純金屬和鈦的低價氧化物 為催化劑。 (一)水溶液電鍍法進行滲氮工藝
水溶電鍍鈦法溶液的成份為
三氧化鈦(15wt%) 5 50 毫升/升
酒石酸 5 150克/升
檸檬酸 3 50 克/升
蔗糖 5 30 克/升
草酸 30 50克/升
甘油 10 50克/升雙氧水 50 100毫升/升
往上述溶液中，再加入氫氧化鈉5wtX或氫氧化鉀5wt^或氫氧化銨調整為 PH 7.5 12后再加入明膠或阿拉伯樹膠5 20克/升，作為分散劑，余量為水， 作為先鍍鈦的溶液；
在該溶液溫度為10 4CTC，時間為15 60分鐘，電流密度為1 3.5安培/ 分米2，以石墨或海棉鈦為陽極的條件下，將碳素鋼棒用鹽酸清洗之后水洗，水 洗后放入電鍍液中，作為載體，接負電極，將其鍍上鈦的純金屬和鈦的低價氧 化物，即成為鈦棒；
取出鈦棒立即放入另外的槽內鍍鋅，以便防止鍍的鈦被氧化。
所述的滲氮爐的爐內溫度為60(TC以上，滲氮的鹽液需要不停的攪拌使鈦加 速揮發進入鹽液中；保持60分鐘以上，使鈦的含量達到0. 5/萬 4/萬(質量比)， 這時將要滲氮的工件，經過清洗處理，經150 20(TC預熱后進行滲氮，時間為 半小時 2小時，然后取出冷卻放入含堿性及低濃度甲醛溶液的清洗水中，以消 除有毒的氰根，再以25(TC進行1小時回火處理，即完成氮化。
鈦棒開始要少加，逐步加量，成納米狀態，同時攪拌時間60分鐘，使鈦揮 發進入鹽液中。
所述的滲氮鹽液為尿素30 50wt^，碳酸鉀或碳酸鈉25 35wt^，氯化鈉 或氯化鉀25 35wtQ/^，使用中分析成份氰酸根3 34wtX，氰根25 0wt^， 氯根27 30wt % ，碳酸根25 0wt%;
或者是以下鹽液氮源尿素55 65wt%，碳源碳酸鈉或碳酸鉀35 45wt %，使用中分析成份氰酸根3 34wt^，氰根25 0wt^，碳酸根25 0wtX;
如果氰根在24%以上和碳酸根30%以上則過高，鹽液不穩定變稠，凝點升 高，為此加入適量尿素使碳酸根下降。
最佳參數的確定如鈦催化劑加入量；處理溫度；時間及鹽的成份和各種不 同材質工件的處理參數的確定，可采用下列方法優選確定，并可使生產始終保 持在最佳狀態。
鹽中鈦含量的分析在配方(一)中為0.5/萬以上，配方(二)中的為1萬 4/萬。
鹽成份的分析氰酸根、氰根、碳酸根、氯根。放入與工件同材質的試片 以硬度和金相分析確定。將待滲氮的工件用清洗劑除油，自來水洗、鹽酸洗、水洗、含低濃度純堿
的9(TC以上的熱水燙干，然后在150 20(TC預熱，(工件預熱時間以達到恒溫 止)。滲氮后在含有純堿堿性及低濃度甲醛的溶液中清洗水冷或空冷，250°C1 小時回火即為成品。
(二)干式離子鍍鈦的氮化工藝
先將碳素鋼棒機械拋光，用布輪拋光帶酒精擦洗干凈，進行離子鍍0. 5 3 小時，常溫鍍鈦，厚度2-3微米，而獲得鈦棒；
再將鈦棒送入滲氮爐中滲氮；
所述的滲氮爐的爐內溫度為60(TC以上，滲氮的鹽液需要不停的攪拌使鈦加 速揮發進入鹽液中；保持60分鐘以上，使鈦的含量達到0. 5/萬 4/萬(質量比)， 這時將要滲氮的工件，經過清洗處理，經150 20(TC預熱后進行滲氮，時間為 半小時 2小時，然后取出冷卻放入含堿性及低濃度甲醛溶液的清洗水中，以消 除有毒的氰根，再以25(TC進行1小時回火處理，即完成氮化。
鈦棒開始要少加，逐步加量，成納米狀態，同時攪拌時間60分鐘，使鈦揮 發進入鹽液中。
所述的滲氮鹽液為尿素30 50wt^，碳酸鉀或碳酸鈉25 35wt^，氯化鈉 或氯化鉀25 35wt^，使用中分析成份氰酸根3 34wtX，氰根25 0wt^， 氯根27 30wt % ，碳酸根25 0wt%;
或者是以下鹽液氮源尿素55 65wt%，碳源碳酸鈉或碳酸鉀35 45wt
使用中分析成份氰酸根3 34wt^，氰根25 0wt^，碳酸根25 0wt^;
如果氰根在24%以上和碳酸根30%以上則過高，鹽液不穩定變稠，凝點升 高，為此加入適量尿素使碳酸根下降。
最佳參數的確定如鈦催化劑加入量，處理溫度，時間及鹽的成份和各種 不同材質工件的處理參數的確定，可采用下列方法優選確定，并可使生產始終 保持在最佳狀態。
如果氰根在24%以上和碳酸根30%以上過高，鹽液不穩定變稠，凝點增高， 為此加入適量中性鹽(氯化鉀或氯化鈉)。 鹽中鈦含量的分析0.5/萬一4/萬。
鹽成份的分析氰酸根、氰根、碳酸根、氯根鈦。放入與工件同材質的試
片以硬度和金相分析確定。
6本發明與背景技術相比，由于工藝中有獲得鈦為催化劑的純金屬或鈦的低, 價氧化物的水溶液電鍍鈦法或離子鍍鈦法，可使氮化層深度增加數倍以上，硬
度提高HV400-600，尤其處理工模具類合金鋼可提高使用壽命2 10倍以上，合 金鋼硬度提高1000以上，能實現以低價材料代替高價材料，即用普通碳素鋼代 替高速鋼及模具鋼等。降低了生產成本，提高了產品性能。


圖l是鈦催化滲氮工藝程序(一)
圖2是鈦催化滲氮工藝程序(二)
圖3是按照本發明所述方法所得碳素鋼的金相結構圖。
具體實施例方式
下面結合實施例具體描述本發明的工藝程序 實施例l
如附圖l所示
滲氮工件為①10高速鋼鉆頭(淬火回火后)數量13把其原表面硬度
HV100g850， 3Cr2WsV沖頭(淬火回火后)數量10個，原表面硬度HV100g750。 催化劑鈦的獲得采用水溶液電鍍法 槽液成分(總量10升)
三氯化鈦(15%)50毫升/升
草酸50克/升
酒石酸50毫升/升
檸檬酸50克/升
雙氧水50毫升/升
J/^i; 》畝:30克/升
氫氧化鈉(5%)調PH10
甘油50克/升
阿拉伯樹膠7克/升
純水加至總體積IO升
工藝過程按上述將45#鋼棒(①10X200毫米一端有一橫向孔①3吊掛導線)用清洗劑除油，水洗在l: 1鹽酸中浸約10分鐘后水洗掛于陰極上，槽液保持30
°C，電流密度3安培/分米2，石墨陽極，鍍鈦20分鐘后立即鍍鋅(采用普通堿性鍍鋅，電流密度2安培/分米2) 20秒鐘，水洗擦干(用干凈布類)備用。鍍鈦 厚度2. 5微米。
滲氮鹽原料配比尿素40%，碳酸鉀30%，氯化鈉3(F。,混勻在A3柑鍋中熔化。
使用中鹽的分析成分氰酸根12%;氰根5%;碳酸根12%，氯根29%,鹽量5kg。
鈦棒在爐溫60(TC加入15根，時間l小時取出空冷后水洗，廢鈦棒可重復使用。 鹽中含欽量O. 6/萬。
按上述工藝將工件用清洗劑除油，自來水清洗，再l: l鹽酸中常溫浸洗 IO分鐘，水洗燙干(含約2X純堿95。C放入2分鐘取出的自然干燥)，預熱(180 'C另一個預熱爐中至恒溫止)放入含有鈦催化劑的滲氮鹽液中60(TC (鉆頭保溫 分鐘，沖頭2小時)空冷清洗(槽液中含純堿和甲醛稀溶液保持堿性甲醛有余量) 殘鹽洗掉后取出。25(TC另一爐中保溫1小時即為成品。鈦棒可直接加入，開始 要少放逐步多放入于鹽液中。清洗液以純堿和甲醛調整達標排放。引風機在出 風口按裝，設有噴霧裝置的旋風分離器以同清洗液噴霧循環的爐廢氣充分吸收 破壞氰化物使廢氣排放達標。 '
鹽液中可以有多個鈦棒，開始加入時要少加，逐步多加，溫度60(TC以上， 鈦棒接負電極，用石墨或海棉鈦接正極，電流1安培 5安培，時間1分鐘。后斷 電，保留1個小時，將鈦棒取出化驗鈦的含量，質量好的鹽呈潔白色，不好的呈 暗灰色。
滲氮后高速鋼鉆頭表面硬度HV100g1400 1600，實際使用壽命提高4倍。 3Cr2W8V沖頭表面硬度HV100gl300 1500使用壽命提高7倍。 實施例2
如附圖2所示
滲氮工件45#鋼試片(0)25X3毫米距邊4毫米有一03透孔系導線一根，(利 用離子鍍的鈦棒，厚度3微米)原表面硬度HV100g210)三片和20ft鋼(cD5鉆頭3根 (表面硬度HV100g180)。
滲氮鹽原料比例尿素60%，碳酸鈉40%使用中鹽分析成分氰酸根5%，氰 根13%，碳酸根20%,按上述工藝將滲氮工件清洗除油，自來水洗，1: l鹽酸 浸洗l—0分鐘，水洗，燙干(含2X純堿93'C3分鐘取出)自然干燥，預熱(另一 爐中185X:至恒溫)將鈦棒100根放入63(TC不銹鋼坩鍋鹽液中，保溫60分鐘取出 空冷，清洗(廢棒可重復使用)，鹽中含鈦量1.3萬。經18(TC預熱的試片和鉆頭放入62(TC鹽中保溫2小時，水冷并清洗除殘鹽(糟液中以純堿維持堿性稀甲 醛溶液)，25(TC回火1小時即為成品。通風口設一進口有噴霧裝置的旋風分離 循環有清洗糟液，只要控制糟中有余量的甲醛和堿性及廢氣中氰化物即可完全 消除達標。
滲氮后45#鋼試片表面硬度HV100g1203，氮化層化合物層(暗層)IIO微米。
滲氮后05， 20#鋼鉆頭表面硬度(HV100) 1280，鉆削退了火的不銹鋼板 (1 CrisNi9Ti) 3根平均鉆孔28個(而高速鋼平均鉆31孔)。 實施例3
滲氮工件45#鋼試片三片，表面硬度HV100g210 (①25X3毫米距邊4毫 米設(①3孔)
鈦催化劑以離子鍍獲得 按上述工藝將45tt鋼(010X200毫米棒一端有①3透孔)先用布輪機械拋 光，干凈布類沾酒精擦洗干凈，進行離子鍍3小時常溫鍍鈦，厚度3微米。
鹽原料配比尿素50%碳酸鈉40%碳酸鉀10%， A3柑鍋使用中鹽分析成分 氰酸根9°%氰根13%碳酸根21%，在62(TC將鈦棒150根加入鹽液中保溫1小時取出 空冷，水洗堿液(水中含有純堿和甲醛稀溶液，此液依使用程度可分析達標排 放)重復使用。鹽共5kg，鈦含量1.2/萬。
按上述工藝將試片清洗劑除油，水洗，1: 1鹽酸浸10分鐘，水洗，燙干: (2X純堿液95。C浸入2分鐘取出自然干燥)，預熱(183°C 5分鐘)。滲氮(620 。C2小時)后水冷清洗(含純堿和甲醛稀液溶液)，250'C回火1小時，在通風口 設一噴霧裝置的旋風分離器，可使工件清洗水及廢氣達標排放。
滲氮后試片表面硬度(HV100g) 1050，化合物層50微米。
工藝中攪拌的程序是要按裝一個調速的攪拌裝置，通過試片，試驗鉆頭和 試樣，分析確定最佳轉速，然后固定不動，在生產過程中，定時抽檢，以保證 始終處于最佳狀態。
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權利要求
1、一種鈦催化滲氮工藝，包括以下步驟1)將碳素鋼置于水溶電鍍液中鍍鈦；所述的水溶電鍍液的成份為三氯化鈦(15wt％)5～50毫升/升酒石酸 5～150克/升檸檬酸 3～50克/升蔗糖5～30克/升草酸30～50克/升甘油10～50克/升雙氧水 50～100毫升/升往上述溶液中，再加入氫氧化鈉5wt％或氫氧化鉀5wt％或氫氧化銨調整為PH7.5～12后再加入明膠或阿拉伯樹膠5～20克/升，作為分散劑，余量為水，作為先鍍鈦的溶液；在該溶液溫度為10～40℃，時間為15～60分鐘，電流密度為1～3.5安培/分米2，以石墨或海棉鈦為陽極的條件下，將碳素鋼棒用鹽酸清洗之后水洗，水洗后放入電鍍液中，作為載體，接負電極，鍍鈦，即成為鈦棒；2)鍍鋅；在鍍鈦后立刻進行鍍鋅；3)滲氮將鍍鋅后的鈦棒取出后，放入滲氮爐的鹽液中進行滲氮；所述的鹽液為尿素30～50wt％，碳酸鉀或碳酸鈉25～35wt％，氯化鈉或氯化鉀25～35wt％；或者是以下鹽液氮源尿素55～65wt％，碳源碳酸鈉或碳酸鉀35～45wt％；所述的滲氮爐的爐內溫度為600℃以上，滲氮的鹽液需要不停的攪拌使鈦加速揮發進入鹽液中；保持60分鐘以上，使鈦的含量達到0.5/萬～4/萬(質量比)，這時將要滲氮的工件，經過清洗處理，經150～200℃預熱后進行滲氮，時間為半小時～2小時，然后取出冷卻放入含堿性及低濃度甲醛溶液的清洗水中，再以250℃進行1小時回火處理，即完成氮化。
2、 一種鈦催化滲氮工藝，包括以下步驟1) 以干式離子鍍鈦獲得鈦催化劑先將碳素鋼棒先布輪機械拋光，干凈布類沾酒精擦洗干凈，進行離子鍍0.5 3小時，常溫鍍鈦，厚度2 3微米，而 獲得鈦棒；2) 滲氮是將上述鈦棒放入滲氮爐的鹽液中進行滲氮；所述的鹽液為尿素30 50wt^，碳酸鉀或碳酸鈉25 35wt^，氯化鈉或氯 化鉀25 35wt%;或者是以下鹽液氮源尿素55 65討％，碳源碳酸鈉或碳酸鉀35 45wt^;所述的滲氮爐的爐內溫度為60(TC以上，滲氮的鹽液需要不停的攪拌使鈦加 速揮發進入鹽液中；保持60分鐘以上，使鈦的含量達到0. 5/萬 4/萬(質量比)， 這時將要滲氮的工件，經過清洗處理，經150 20(TC預熱后進行滲氮，時間為 半小時 2小時，然后取出冷卻放入含堿性及低濃度甲醛溶液的清洗水中，；再 以25(TC進行1小時回火處理，即完成氮化。
3、根據權利要求1或2所述的鈦催化滲氮工藝，其特征是鹽液原料成分為 尿素55 65機％，碳酸鈉或碳酸鉀35 45wtX,使用中分析鹽的成份氰酸根 3 34wt%，氰根25 0wtX，碳酸根3 25wt^。
全文摘要
本發明涉及鈦催化滲氮工藝，以鈦為催化劑的工藝技術，用于黑色金屬工件滲氮處理。它是先將碳素鋼棒，通過水溶液電鍍法或離子鍍法獲得鈦的純金屬和鈦的低價氧化物為催化劑的鈦棒然后再鍍鋅。再將此鈦棒在600℃以上時加入滲氮鹽液中同時進行攪拌，1小時以上，使鈦揮發進入鹽液中使其達到0.5/萬-4/萬的濃度。氮化工件處理，氮化層深度增加到過去的數倍以上，表面硬度又提高了HV400～600，延長工件的使用壽命，實現了以普通碳素鋼代替合金鋼，降低生產成本，提高產品質量。
文檔編號C23C8/00GK101619435SQ20091001278
公開日2010年1月6日 申請日期2009年7月27日 優先權日2009年7月27日
發明者孔繁梅, 田紹潔 申請人:孔繁梅;田紹潔