專利名稱：一種高性能銷軸緊固件表面改性處理技術的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬材料表面處理技術，具體地說涉及一種可應用于大中載荷及戶外腐蝕服役環境下，銷軸緊固件的表面強化改性處理技術。
背景技術：
銷軸是一類標準化的緊固件，廣泛應用于工程車、物流裝卸設備、列車、生產設備等工程、碼頭物流、機械、冶金、化工等工作臂、氣缸、油缸及多種銷軸聯接機構設備，既可靜態固定連接，亦可與被連接件做相對運動，主要用于兩零件的鉸接處，構成鉸鏈連接。銷軸通常用開口銷鎖定，工作可靠，拆卸方便。目前銷軸的國內標準GB/T882-2008，國際標準為ISO 2341:1986。大部分工程車輛、物流裝卸設備的銷軸通常工作于兩大服役條件
(I)重載荷且動態連接(與被連接件做一定的軸向或徑向相對運動)，通常選用高強度結構鋼(抗拉強度Rrn彡800 Mpa,典型材料如42CrMo)。(2)露天腐蝕環境，日積月累或高溫、沖擊、操作不當等諸多因素影響下，銷軸與其軸孔往往受腐蝕堵轉失效，導致車輛設備故障停機，特別是銷軸的銹死于軸孔內，使設備難以拆卸維修，在中國南方沿海地區較為常見，設備經濟損失嚴重，故耐腐蝕防護十分重要，目前傳統上采用防銹油、磷化、鍍鋅、鍍鉻鎳等涂層涂裝防腐。由于軸通常無加油孔，對于兼有重載荷且動態連接的工程、物流類車輛設備用銷軸，涂層涂裝類防護層容易流失、開裂、剝落，防銹效能與可靠性較低。如果僅考慮重負荷、耐動態沖擊腐蝕等技術要求，可以選擇基體防銹能力較好的高強度材料，如高強度的特種不銹鋼(抗拉強度Rm > 800 Mpa的沉淀硬化型不銹鋼系列，目前國內牌號有0Crl7Ni7A、0Crl7Ni4Cu4Nb和0Crl5Ni7M02Al，或國外為600系列等)，但其原材料價格貴(通常為合金結構鋼的3倍以上)、加工難度大，經濟性較差。故兼顧重負荷、耐腐蝕、低成本要求的銷軸技術很長一段時期以來都是中國乃至國外的行業共性需求和技術難題。

發明內容
針對上述技術所存在的缺陷，本發明提供一種高性能銷軸緊固件表面改性處理技術，通過使用本發明技術可使銷軸表面達到無涂層、低成本、高強韌、耐腐蝕等效果。為實現上述目的，本發明的技術方案通過如下步驟來完成
第I步對對合金結構鋼為基體材料的銷軸零件進行脫脂、酸性活化、去離子水洗干凈。
脫脂去污處理采用市售杜邦化學RR-602活化劑，在25 40°C，超聲波清洗3 15min ;酸洗活化處理采用杜邦化學RR-602活化劑，25 40°C，超聲波清洗5 IOmin ;水洗均在常溫去離子水進行；然后上紅外烘箱，溫度220 340°C，時間I小時。第2步對銷軸零件進行烘干，去除表面的殘留水。
第3步對銷軸零件進行溫度為520 580°C，時間為30 150min的一步氣體滲氮硫鉻處理，使得滲層組織厚度達到20 50 μ m。所述硫鉻的氣態絡合物是指含硫的化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質量比為99:1 1:99，優選80:20 20:80，更優選60:40 40:60 ;所述硫鉻的氣態絡合物也可以是硫酸鉻銨、鉻酰氯的二硫化碳溶液、硫酸鉻銨、甲酰胺溶液中的至少一種。其中含硫化合物為硫醇、硫酚、硫醚、二硫化物、多硫化物中的至少一種；含鉻化合物為硫酸鉻銨、乙酸亞鉻中的至少一種。所述的一步氣體滲氮硫鉻處理，是在真空爐中采用硫鉻的氣態絡合物與氨氣的混合氣體，帶入爐內，氣態硫鉻絡合物與氨氣均離子化，很容易與鋼鐵零件形成高性能的耐腐蝕、耐磨損、抗沖擊的氮硫鉻鐵化合物滲層組織，該滲層組織從外到內依次為致密化合物層、白亮層、擴散層，表面白亮層硬度高達HvO. 16 00以上，白亮層硬表面的外面覆蓋I 5Mm含有氧化物、氮化物、鉻化物、硫化物特殊的耐腐蝕、低摩擦系數致密化合物層。第4步對銷軸零件進行噴沙或噴丸處理，去除化合物層外面的疏松層。第5步對該銷軸零件進行溫度為300 400°C，時間為10 60min氧化處理，使滲層組織表面覆蓋氧化層。所述步驟3到步驟5至少需要重復一次，優選重復I 3次，進一步優選重復2 3次。本發明專利的有益效果通過本發明處理的耐腐蝕、耐磨損、抗沖擊的銷軸零件，與傳統的防銹油、電鍍等涂鍍層類防腐蝕技術的技術差異和優勢明顯。按照NSS中性鹽霧試驗，防腐蝕能力超過120小時，超過電鍍鉻20μπι的防銹水平；耐沖擊、耐磨損性能較好，在大載荷服役工況的條件下應用優勢明顯。
具體實施例方式實施例一
本例的銷軸零件選用20CrMnTi結構鋼材料，在該零件上進行本發明的表面改性處理。第I步對銷軸零件進行脫脂、酸性活化、去離子水洗干凈。本步驟的具體規程包括脫脂去污處理采用市售杜邦化學RR-602活化劑，在30°C，超聲波清洗IOmin ;酸洗活化處理采用杜邦化學RR-602活化劑，30°C，超聲波清洗IOmin ;水洗均在常溫去離子水進行；然后上紅外烘箱，溫度220°C，時間I小時。第2步對銷軸零件進行烘干，去除表面的殘留水。第3步對銷軸零件進行溫度為570°C，時間為120min的一步氣體滲氮硫鉻處理。本步驟的具體規程包括上述硫鉻的氣態絡合物是指含硫的化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質量比為99:1 1:99，優選80:20 20:80，更優選60:40 40:60 ;上述硫鉻的氣態絡合物也可以是硫酸鉻銨、鉻酰氯的二硫化碳溶液、硫酸鉻銨、甲酰胺溶液中的至少一種。其中含硫化合物為硫醇、硫酚、硫醚、二硫化物、多硫化物中的至少一種；含鉻化合物為硫酸鉻銨、乙酸亞鉻中的至少一種。一步氣體滲氮硫鉻處理，是在真空爐中采用硫鉻的氣態絡合物與氨氣的混合氣體，帶入爐內，氣態硫鉻絡合物與氨氣均離子化。
第4步對銷軸零件進行噴沙或噴丸處理，去除化合物層外面的疏松層。第5步對該銷軸零件進行溫度為350°C，時間為60min氧化處理，使滲層組織表
面覆蓋氧化層。其中步驟3 5重復一次。銷軸零件表面形成35Mffl左右厚度的氮硫鉻鐵組織層，在滲氮組織層表面覆蓋有氧化層。銷軸零件的表 面硬度超過Hvtl. J00，NSS中性鹽霧試驗超過120Hr。實施例二
本例的銷軸零件選用40Cr碳鋼，在該零件上進行本發明的表面改性處理。第I步對銷軸零件進行脫脂、酸性活化、去離子水洗干凈。本步驟的具體規程包括脫脂去污處理采用市售杜邦化學RR-602活化劑，在30°C，超聲波清洗IOmin ;酸洗活化處理采用杜邦化學RR-602活化劑，30°C，超聲波清洗IOmin ;水洗均在常溫去離子水進行；然后上紅外烘箱，溫度220°C，時間I小時。第2步對銷軸零件進行烘干，去除表面的殘留水。第3步對銷軸零件進行溫度為560°C，時間為120min的一步氣體滲氮硫鉻處理。本步驟的具體規程包括上述硫鉻的氣態絡合物是指含硫的化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質量比為99:1 1:99，優選80:20 20:80，更優選60:40 40:60 ;上述硫鉻的氣態絡合物也可以是硫酸鉻銨、鉻酰氯的二硫化碳溶液、硫酸鉻銨、甲酰胺溶液中的至少一種。其中含硫化合物為硫醇如C2H5SH、硫酚如C6H5SH、硫醚如CH3—S— CH3、二硫化物如CH3—S— S—CH3、多硫化物如CH3—S— S— S—CH3中的至少一種；含鉻化合物為硫酸鉻銨、乙酸亞鉻中的至少一種。一步氣體滲氮硫鉻處理，是在真空爐中采用硫鉻的氣態絡合物與氨氣的混合氣體，帶入爐內，氣態硫鉻絡合物與氨氣均離子化。第4步對銷軸零件進行噴沙或噴丸處理，去除化合物層外面的疏松層。第5步對該銷軸零件進行溫度為350°C，時間為60min氧化處理，使滲層組織表
面覆蓋氧化層。其中步驟3 5重復2次。銷軸零件表面形成35Mffl左右厚度的氮硫鉻鐵組織層，在滲氮組織層表面覆蓋有氧化層。銷軸零件的表面硬度超過Hvtl. 020，NSS中性鹽霧試驗超過120Hr。
實施例三
本例的銷軸零件選用42CrMo結構鋼材料，在該零件上進行本發明的表面改性處理。第I步對銷軸零件進行脫脂、酸性活化、去離子水洗干凈。本步驟的具體規程包括脫脂去污處理采用市售杜邦化學RR-602活化劑，在30°C，超聲波清洗IOmin ;酸洗活化處理采用杜邦化學RR-602活化劑，30°C，超聲波清洗IOmin ;水洗均在常溫去離子水進行；然后上紅外烘箱，溫度220°C，時間I小時。第2步對銷軸零件進行烘干，去除表面的殘留水。第3步對銷軸零件進行溫度為560°C，時間為120min的一步氣體滲氮硫鉻處理。本步驟的具體規程包括上述硫鉻的氣態絡合物是指含硫的化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質量比為99:1 1:99，優選80:20 20:80，更優選60:40—40:60 ；上述硫鉻的氣態絡合物也可以是硫酸鉻銨、鉻酰氯的二硫化碳溶液、硫酸鉻銨、甲酰胺溶液中的至少一種。其中含硫化合物為硫醇如C2H5SH、硫酚(如C6H5SH)、硫醚(如=CH3-S-CH3)、二硫化物(如CH3— S—S—CH3)、多硫化物(如=CH3-S-S-S-CH3)中的至少一種；含鉻化合物為硫酸鉻銨、乙酸亞鉻中的至少一種。一步氣體滲氮硫鉻處理，是在真空爐中采用硫鉻的氣態絡合物與氨氣的混合氣體，帶入爐內，氣態硫鉻絡合物與氨氣均離子化。第4步對銷軸零件進行噴沙或噴丸處理，去除化合物層外面的疏松層。第5步對該銷軸零件進行溫度為350°C，時間為60min氧化處理，使滲層組織表
面覆蓋氧化層。其中步驟3 5重復一次。銷軸零件表面形成40Mffl左右厚度的氮硫鉻鐵組織層，在滲氮組織層表面覆蓋有氧化層。銷軸零件的表面硬度超過Hvtl. 050，NSS中性鹽霧試驗超過150Hr。
權利要求
1.一種高性能銷軸緊固件表面改性處理技術，其特征為其技術方案通過如下步驟來完成: 第I步對對合金結構鋼為基體材料的銷軸零件進行脫脂、酸性活化、去離子水洗干凈; 脫脂去污處理采用市售杜邦化學RR-602活化劑，在25 40°C，超聲波清洗3 15min ；酸洗活化處理采用杜邦化學RR-602活化劑，25 40°C，超聲波清洗5 IOmin ;水洗均在常溫去離子水進行；然后上紅外烘箱，溫度220 340°C，時間I小時； 第2步對銷軸零件進行烘干，去除表面的殘留水； 第3步對銷軸零件進行溫度為520 580°C，時間為30 150min的一步氣體滲氮硫鉻處理，使得滲層組織厚度達到20 50 μ m ; 所述硫鉻的氣態絡合物是指含硫的化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質量比為99:1 1:99，優選80:20 20:80，更優選60:40 40:60 ;所述硫鉻的氣態絡合物也可以是硫酸鉻銨、鉻酰氯的二硫化碳溶液、硫酸鉻銨、甲酰胺溶液中的至少一種； 其中含硫化合物為硫醇、硫酚、硫醚、二硫化物、多硫化物中的至少一種；含鉻化合物為硫酸鉻銨、乙酸亞鉻中的至少一種； 所述的一步氣體滲氮硫鉻處理，是在真空爐中采用硫鉻的氣態絡合物與氨氣的混合氣體，帶入爐內，氣態硫鉻絡合物與氨氣均離子化，很容易與鋼鐵零件形成高性能的耐腐蝕、耐磨損、抗沖擊的氮硫鉻鐵化合物滲層組織，該滲層組織從外到內依次為致密化合物層、白亮層、擴散層，表面白亮層硬度高達Hvtl. #00以上，白亮層硬表面的外面覆蓋I 5Mm含有氧化物、氮化物、鉻化物、硫化物特殊的耐腐蝕、低摩擦系數致密化合物層； 第4步對銷軸零件進行噴沙或噴丸處理，去除化合物層外面的疏松層； 第5步對該銷軸零件進行溫度為300 400°C，時間為10 60min氧化處理，使滲層組織表面覆蓋氧化層。
2.根據權利要求I所述的一種銷軸緊固件的表面改性處理技術，其特征為步驟3到步驟5至少需要重復一次，優選重復I 3次，進一步優選重復2 3次。
全文摘要
本發明公開了一種高性能銷軸緊固件表面改性處理技術，首先對合金結構鋼為基體材料的銷軸緊固件零件進行氣體氮、硫、鉻多元共滲，使銷軸緊固件零件表面形成20～50μm、NSS中性鹽霧試驗≥120小時、硬度≥HV0.1700的氮硫鉻鐵化合物的致密滲層組織；然后對其進行表面拋光處理；最后對銷軸緊固件零件進行低溫氧化形成一層致密的氧化層。本發明由于化合物滲層組織是多元氮硫鉻鐵化合物覆蓋致密的冶金結合層，使銷軸緊固件零件具有優良的低成本、高強韌、耐腐蝕的性能，成本低廉，顯著提高其在重載荷、戶外腐蝕等嚴酷服役工作條件下的使用壽命。
文檔編號C23C12/02GK102618820SQ20121009523
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月31日 優先權日2012年3月31日
發明者程鐵鋼 申請人:湖南漫雨新材料有限公司