在氣體滲氮過(guò)程中加入一種稀土催滲劑能夠活化工件表面，加快氮原子吸收速度，不但縮短滲氮周期，還能夠在工件表面形成細(xì)小彌散的氮化物，改善了滲氮后組織、質(zhì)量，其中脆性級(jí)別、氮化物級(jí)別和疏松級(jí)別都可控制到1級(jí)，并提高表面硬度(比常規(guī)工藝提高30—100HV左右)，對(duì)于一般結(jié)構(gòu)鋼滲層要求0．3mm時(shí)采用常規(guī)滲氮工藝保溫時(shí)間要30小時(shí)以上，但如果加入稀土催滲劑后，保溫時(shí)間僅用14小時(shí)，縮短時(shí)間53％，節(jié)電40％，省氮?dú)?5％以上，同時(shí)少排放廢氣35％，整個(gè)滲氮周期縮短32.7％(該技術(shù)已申報(bào)國(guó)家專利，專利申請(qǐng)?zhí)枺?00810063968．3)

 

2、鹽浴氮化及QPQ復(fù)合處理

最早的鹽浴氮化稱為低溫氰化，溫度一般為520-560℃，常用的液體氰化鹽浴通常用中性鹽氯化鈉、氯化鋇、氯化鉀、碳酸鈉等，常用的氰化物鹽有******和******等，并僅適用于高速鋼工具。并且還有稱作液體硫氮共滲的鹽浴氮化，配方為氯化鋇30％，氯化鈉20％，氯化鈣50％，另加5—10％(中性鹽總重量)，成粉末狀的硫化亞鐵，其鹽浴內(nèi)含硫量不低于0.2％，再通入一定量的氨氣(NH3)，促使鹽浴翻動(dòng)；工藝參數(shù)為：溫度540-560℃，時(shí)間90—120分鐘。

而國(guó)外則提出了鹽浴氮碳共滲的方法，它包括：①軟氮化；②Tenifer法；③(英)：Tufftriding；④新Tenifer法；⑤(英)：Melonizing；⑥Sulfinuz法；⑦Sur—Sulf法。

國(guó)外的鹽浴碳氮共滲在含氰化物和氰酸鹽的熔鹽中進(jìn)行，熔鹽中氰酸鹽的熱分解以及其他化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生有擴(kuò)散能力的氮，置于熔鹽中的鐵質(zhì)零件表面和在氣體滲氮時(shí)一樣，起催化劑的作用。

起初把熔鹽放在鐵坩堝中處理零件。這個(gè)方法應(yīng)用廣泛，稱為軟氮化，但是目前在技術(shù)上已經(jīng)沒(méi)有意義了，因?yàn)闈B氮作用低，其結(jié)果在質(zhì)量上不能令人滿意。

把空氣導(dǎo)入熔鹽以及使熔鹽中的氰酸鹽達(dá)到足夠高的含量：40—50％，可以獲得顯著的改進(jìn)。此外，目前用鈦坩堝或用鈦鎧裝的坩堝代替鐵坩堝，以便獲得最佳的滲氮效果(Tenifer，Tufftriding)。

因?yàn)樵诓僮鲿r(shí)熔鹽要消耗，必須注意重新加入富氰化物的鹽以利再生。為此必須將用過(guò)的熔鹽排出。因?yàn)檫@些廢料的氰化物含量還相當(dāng)高，必須仔細(xì)消毒。新研究出來(lái)的新Tenifer法(Tenifer—neu，Melonizing)是一種經(jīng)濟(jì)得多的方法，在這種方法中通過(guò)重新加入再生劑可以使熔鹽再生，無(wú)需排出廢料。由于改變了舊Tenifer(Tenifer—alt)法的熔鹽成分，這種熔鹽中，無(wú)害的氰酸鹽含量高，而氰化物含量很低(1—3％)。

在Sulfinuz法中，熔鹽中還添加一種供硫的成分，它使化合物層富硫。Sulfinuz法的繼續(xù)發(fā)展是Sur—Sulf法，因?yàn)樗�的氰化物含量較低，公害更小。

處理時(shí)間視應(yīng)用情況而定，在幾分鐘至4h之間，溫度最好在570—580℃之間。

中國(guó)的QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)，是“九五”期間國(guó)家級(jí)重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。QPQ一詞來(lái)源于英文Quench-Polish-Quench一詞的字頭縮寫(xiě)，原意為淬火(快冷)一拋光一淬火(快冷)，后來(lái)有些專家學(xué)者把不加拋光工序的鹽浴復(fù)合處理和增加了拋光工序的QPQ技術(shù)結(jié)合起來(lái)，統(tǒng)稱為QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)。

QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)有以下特點(diǎn)：

 (1)良好的耐磨性，耐疲勞性能

大量生產(chǎn)應(yīng)用及試驗(yàn)證明，該技術(shù)可以提高工模具壽命2倍以上。嚴(yán)格的滾動(dòng)和滑動(dòng)磨損試驗(yàn)說(shuō)明，45鋼、40Cr鋼經(jīng)QPQ鹽浴復(fù)合處理后其耐磨性比高頻淬火高15倍以上；

比20鋼滲碳淬火高10倍以上；比鍍硬鉻和離子滲氮高2倍以上。

調(diào)質(zhì)的45鋼經(jīng)QPQ鹽浴復(fù)合處理以后疲勞強(qiáng)度提高40％。

 (2)極好的抗蝕性

45鋼經(jīng)QPQ鹽浴復(fù)合處理以后在大氣和鹽霧試驗(yàn)中的抗蝕性比發(fā)黑高70倍以上：比鍍硬鉻高16倍以上；甚至比1Crl8Ni9Ti奧氏體不銹鋼還高幾倍。

 (3)極小的變形

QPQ鹽浴復(fù)合處理以后工件的尺寸和形狀幾乎無(wú)變化。在最佳工藝狀態(tài)下，工件尺寸的脹縮量?jī)H僅為0.005mm。工件形狀的變化也極小，例如可以成功地使(508mm×457mm×l.5mm)2Crl3不銹鋼薄板處理后平面度保證在0.5mm以下。因此該技術(shù)可以用來(lái)解決常規(guī)熱處理方法無(wú)法解決的硬化變形難題。

 (4)大幅度節(jié)能

與常規(guī)熱處理技術(shù)相比，該技術(shù)處理溫度低，保溫時(shí)間短，可以大幅度節(jié)能。與滲碳淬火相比，可以節(jié)能50％以上。

 (5)無(wú)公害

該技術(shù)在大量生產(chǎn)條件下，經(jīng)各地環(huán)保部門(mén)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地檢測(cè)，各項(xiàng)環(huán)保指標(biāo)均低于國(guó)家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)允許值。迪高沙公司曾因這項(xiàng)技術(shù)獲德國(guó)環(huán)保獎(jiǎng)。

QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)的“復(fù)合”一詞說(shuō)明它不是一種單一的技術(shù)。“復(fù)合”的概念首先體現(xiàn)在它是滲氮(氮碳共滲)和氧化工序的復(fù)合：在性能上它是高耐磨性與高抗蝕性的復(fù)合；在工藝上它是熱處理技術(shù)與防腐技術(shù)的復(fù)合。

QPQ鹽浴復(fù)合處理的基本工藝過(guò)程和主要工序有：

預(yù)熱：350～440℃    20～40min

氮化：520～580℃    10～180min

氧化：350～400℃    15～20min

工藝過(guò)程為：裝卡一去油清洗一預(yù)熱一氮化一氧化一去鹽清洗一干燥一浸油。

QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)的生產(chǎn)用鹽分三種：

基鹽：基鹽在氮化爐內(nèi)融化后形成高氰酸根(CNO—)的氮化鹽浴。基鹽除了第一次開(kāi)始生產(chǎn)時(shí)熔化裝滿氮化爐以外，在正常生產(chǎn)中鹽浴消耗及浴面下降時(shí)，也應(yīng)加入基鹽，用以升高浴面。

調(diào)整鹽(再生鹽)：在生產(chǎn)過(guò)程中當(dāng)?shù)�化鹽浴的氰酸根下降時(shí)，應(yīng)定期向氮化爐加調(diào)整鹽，以使鹽浴中的氰酸根含量上升到規(guī)定的指標(biāo)范圍之內(nèi)。

氧化鹽(ABl鹽)：氧化鹽在開(kāi)始生產(chǎn)初期加入到氧化爐中熔化以后即可使用。當(dāng)大量生產(chǎn)鹽浴面下降較多時(shí)，也可繼續(xù)加入氧化鹽以升高鹽浴面。

3.英國(guó)BODYCOTE集團(tuán)公司和預(yù)抽真空氣體軟氮化處理

鮑迪克(寧波)熱處理有限公司是總部在英國(guó)的鮑迪克國(guó)際PLC(www．bodycote．com)的子公司。是從事熱處理加工和檢測(cè)的世界第一品牌。鮑迪克寧波公司現(xiàn)擅長(zhǎng)于滲碳氮化熱處理，已有客戶300多家，所承接的熱處理產(chǎn)品主要有汽車(chē)萬(wàn)向節(jié)、汽車(chē)變速箱齒輪、電機(jī)軸、電動(dòng)工具零件、氣動(dòng)工具零件、縫紉機(jī)零件、注塑機(jī)零件、液壓閥芯、轉(zhuǎn)子及五金產(chǎn)品等零件及模具熱處理等等。

鮑迪克(無(wú)錫)技術(shù)有限公司是長(zhǎng)江三角洲地區(qū)，提供綜合性熱處理加工服務(wù)，高質(zhì)量熱處理加工服務(wù)的公司，坐落于無(wú)錫新區(qū)，于2005年注冊(cè)，廠房占地10000平方米，分為真空熱處理和氣氛熱處理兩部分，鮑迪克集團(tuán)公司在30多個(gè)國(guó)家擁有300多個(gè)工廠，無(wú)錫工廠為鮑迪克熱加工集團(tuán)在亞洲地區(qū)的第一個(gè)工廠，主要服務(wù)工業(yè)領(lǐng)域?yàn)槠��?chē)與航空工業(yè)。

鮑迪克集團(tuán)無(wú)錫工廠的臥式預(yù)抽真空氣體軟氮化爐在世界上也屬于領(lǐng)先的設(shè)備，該設(shè)備克服了傳統(tǒng)井式氣體氮化爐的各種缺點(diǎn)，不但可以降低成本，且爐子的均勻性、穩(wěn)定性、可控性和可調(diào)性都特別好，因此加工出的產(chǎn)品能夠很好的達(dá)到汽車(chē)、航空工業(yè)高精技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，并且一爐多用，氮化后還可以進(jìn)行發(fā)黑處理。

4、法國(guó)HEF公司及舍舍夫(SURSULF)鹽浴表面滲氮處理技術(shù)

4.1舍舍夫(SURSULF)過(guò)程是HEF公司的開(kāi)發(fā)的一種先進(jìn)表面處理，它證明比其他滲氮工藝具有如下優(yōu)越性：

 (1)無(wú)公害：整個(gè)過(guò)程幾乎無(wú)污染，舍舍夫(SURSULF)爐中的氰根濃度低于0.8％，多數(shù)情況下，就像在Perkins，氰根濃度在0.4—0.5％，在這世界上目前最低的。而其他相應(yīng)過(guò)程，氰根濃度在2—5％。

因此，舍舍夫(SURSULF)過(guò)程在世界上被認(rèn)為Environmental Friendly

Process”Or“Environmental Acceptable

process”(“與環(huán)境友好的過(guò)程”或“環(huán)境可接受的過(guò)程”)

 (2)高性能：與其他表面方法相比，使工件有更高的耐疲勞強(qiáng)度、耐磨性、表面硬度和耐腐蝕性，以及更低的表面摩擦系數(shù)。比其他滲氮表面處理，具有更好的工件表面外觀質(zhì)量，其中原因之一是采用了連續(xù)自動(dòng)濾渣、除渣系統(tǒng)。使得鹽浴爐始終保持高度的純凈。工件表面化合層厚度和結(jié)構(gòu)可根據(jù)K2S的量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足不同場(chǎng)合的要求，如解決磨損、點(diǎn)蝕和疲勞的問(wèn)題，或解決咬合、粘著和拉傷問(wèn)題。具有極好的性能價(jià)格比。

 (3)高效率：由于在鹽浴爐中加入了鋰(Li)等元素，使?jié)B氮的潛力大幅度提高，在達(dá)到相同化合物厚度和擴(kuò)散層厚度的條件下，其處理時(shí)間要大大減少，一般處理時(shí)間在30分鐘至120分鐘，化合層厚度可達(dá)10-30μm。

 (4)高精度：與氣體滲氮相比，工件變形極小，可以滿足高精度要求的零部件要求。

 (5)適應(yīng)性強(qiáng)：可處理各種黑色金屬(鋼、鐵、鑄鐵、燒結(jié)鐵等)及形狀復(fù)雜的構(gòu)件。

 (6)使用方便：操作和維護(hù)都十分方便，爐子的清潔平均只要每周一次。

4.2處理步驟：

 (1)去脂：在四氯乙烯或三氯乙烯蒸汽中進(jìn)行脫脂，或浸入去污溶液中

 (2)預(yù)熱：這個(gè)步驟并非絕對(duì)需要的。但是如果生產(chǎn)量大，先行預(yù)熱的話，則減少因處理物投入舍舍夫(SURSULF)鹽浴時(shí)溫度之下降，減少加熱時(shí)間。因此而減少恢復(fù)到正確溫度所需之時(shí)間。預(yù)熱可以在瓦斯或電器加熱之氣體爐實(shí)施，但是預(yù)熱溫度不可超過(guò)380℃或400℃．如果超過(guò)440℃，處理物表面會(huì)生成很薄的氧化膜，此氧化物會(huì)弄臟舍舍夫(SURSULF)鹽浴，可能形成細(xì)粉粒附著與處理物表面，當(dāng)實(shí)施預(yù)熱時(shí)，其預(yù)熱時(shí)間依處理物重量及舍舍夫(SURSULF)之條件而定。但通常在30分鐘至1小時(shí)之間。

 (3)舍舍夫(SURSULF)處理：工件放入舍舍夫(SURSULF)鹽浴爐中，一般處理時(shí)間從15分鐘至2個(gè)小時(shí)或3小時(shí)。

 (4)冷卻：

·當(dāng)變形要求不是很高時(shí)，用冷水冷卻

·空氣冷卻，可避免變形

·油中冷卻，可避免變形

 (5)清洗：在80℃左右的熱水中進(jìn)行，而后，進(jìn)行其他工序，拋光、涂油等。

4.3舍舍夫(SURSULF)鹽浴爐的特征

采用標(biāo)準(zhǔn)的鹽爐，能采用天然氣加熱，但最好用電加熱，以保證爐溫均勻。為確保安全和避免爐溫過(guò)高，對(duì)鹽浴爐內(nèi)膽及加熱室進(jìn)行溫控。爐膽采用含16—18％Cr(AISl430)鋼，這比鈦合金材料要便宜得多。用低碳鋼代替也是可行的。爐膽內(nèi)裝有導(dǎo)氣管。經(jīng)合理設(shè)計(jì)，氣體導(dǎo)入到爐內(nèi)，并且，爐子裝有手動(dòng)和自動(dòng)去渣裝置。

4.4操作維護(hù)

舍舍夫(SURSULF)工作操作十分簡(jiǎn)便，關(guān)鍵要保持爐內(nèi)的CNO—濃度，而該濃度通過(guò)添加一定量CR2再生鹽來(lái)保證。

一般要求，在鹽浴爐中氰酸根和碳酸根的濃度為：

 (CN0-)37％±2

 (C03—2)18％±2

爐子的清潔一般由自動(dòng)和手動(dòng)兩種，后種平均一周內(nèi)進(jìn)行—次。

4.5舍舍夫(SURSULF)工藝技術(shù)與其他熱處理工藝技術(shù)的比較

與氣體碳氮工藝NITEMPER或其他同類氣體滲氮處理，如INDURE，TOUG—HNITE，BELL…進(jìn)行對(duì)比：

氣體氮碳工藝通常是在加30％的氨氣的吸熱氣氛中進(jìn)行，溫度在570℃，這些氣體滲氮：

·處理時(shí)間需要4至8小時(shí)

·適用于所有鋼制零件

·導(dǎo)致處理零件的變形

舍舍夫(SURSULF)工藝技術(shù)則具有：

·由于鹽的化學(xué)成份，能處理所有的鋼和鑄鐵件(不同于NITEMPER，由于游離石墨已被溶解在鹽爐中，不會(huì)對(duì)化合層造成污染)。

·舍舍夫(SURSULF)工藝形成ε相化合層，因而不脆(它具有良好的表面抗疲勞強(qiáng)度)，比γ’＋ε

混合相的化合層具有更好的抗磨性和耐腐蝕性能。

·處理時(shí)間短，

·采用舍舍夫(SURSULF)的生產(chǎn)率高，并且投資少和不要求熟練操作工。

4.6與離子滲氮的比較

離子滲氮是在所有其他滲氮處理中唯一能在零件表面形成

·或100％ε相，化合層+擴(kuò)散層

·或ε+γ’相，化合層+擴(kuò)散層

·或100％γ’相，化合層+擴(kuò)散層

·只有擴(kuò)散層，而無(wú)化合層

從理論上講，離子滲氮非常令人感興趣，因?yàn)橥ㄟ^(guò)選取處理參數(shù)(離子體活動(dòng)，溫度)，就可能取得所需的化合層，但是實(shí)際上，遇到很多問(wèn)題：

·難以處理體積較大的零件，這是由于為得到輝光放電(離子體)和避免弧光須保證最短問(wèn)題。

·難以對(duì)形狀尺寸差異大的零件放在一起混合處理

·難以處理形狀復(fù)雜的零件

·不可能處理帶小孔/小直徑的零件

·幾乎不可能很好地處理鑄鐵件

·處理周期(抽空、加熱、處理、冷卻)，要4-20小時(shí)

·處理的成本高(并且投資成本也大)

4.7舍舍夫(SURSULF)工藝技術(shù)與氣體滲氮(這里指硬滲氮)的比較

氣體滲氮要求采用含鋁和鉻的特殊鋼(通常叫“氮化鋼”，象AFNOF 40L

AD612)已得到表面淬硬。這些材料比通常用作軟氮碳共滲<如舍舍夫(SURSULF)工藝>的普通鋼價(jià)格貴，處理時(shí)間很長(zhǎng)，一般在560—570℃的溫度下要60至100小時(shí)。

氣體滲氮能有效解決特殊的磨損摩擦問(wèn)題，以及疲勞問(wèn)題，這是由于經(jīng)100小時(shí)的處理氮能擴(kuò)散到1.5mm深處。但是，氣體滲氮：

·不能增加表面的摩擦層(有時(shí)甚至避免形成這層表面耐磨層，且因?yàn)樗�特別脆)

·不適用處理低合金鋼和普通鋼(為了得到足夠的硬度，氣體滲氮要求具有鐵(Fe)，鉻(Cr)和鋁(A1)的混合物，這需鋼中要具一定比例的鉻(Cr)和鋁(A1))

·和所有氣體介質(zhì)熱處理一樣，這使得處理后磨削加工成為必要(就像滲碳處理那樣)

4.8舍舍夫(SURSULF)工藝技術(shù)卻可以：

·處理所有鋼質(zhì)零件，包括各種鑄鐵，當(dāng)然其中有氮化鋼。

·表面耐磨層：由ε氮化鐵組成，無(wú)脆性。這層具有很好的摩擦性及抗磨耐腐蝕性。

氮的擴(kuò)散層深取決于各種鋼材，一般在0.5到0.8mm

·較短的處理時(shí)間：30分鐘至90分鐘。

·無(wú)變形：舍舍夫(SURSULF)工藝已經(jīng)取代氣體滲氮而用于處理很多的零件：如曲軸，螺栓(噴塑)，軸承…

·操作使用成本低

4.9阿可(ARCOR)表面處理技術(shù)

阿可表面處理是在舍舍夫工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行的進(jìn)一步的表面處理，目的是在保持經(jīng)舍舍夫處理后的零件的耐磨性、高疲勞強(qiáng)度的基礎(chǔ)上提高工件的耐腐蝕性。經(jīng)阿可工藝技術(shù)處理的零件具有很高耐腐蝕能力，一般可經(jīng)受700小時(shí)以上的噴鹽水試驗(yàn)而不銹蝕。可以替代鍍鉻、鍍鎳、鍍鎘、鍍鋅，特別是鍍鉻有很大的環(huán)保問(wèn)題，而阿可工藝是一項(xiàng)無(wú)污染的技術(shù)。并且鍍各種金屬只是在零件上包一層，而阿可是滲入到零件的基體，故永不退色和剝落。

（1）特點(diǎn)

化合層：處理后形成復(fù)合層(致密層和泡沫層)，由ε氮化物與Fe、C、N化合物構(gòu)成，其厚度取決于基體的成分。對(duì)某種類型的阿可(ARCOR)處理，最表層也存在Fe3O4與Fe、0、N化合物。

擴(kuò)散層：表層之下便是一層較深的氮擴(kuò)散層，其硬度和厚度取決于

·基體的合金成分：

·擴(kuò)散過(guò)程的時(shí)間和溫度。

環(huán)保性：應(yīng)用阿可（ARCOR）用以不存在污染問(wèn)題

（2）經(jīng)阿可(ARCOR)工藝處理工件的性能

抗腐蝕性：由鈍化與最終處理相結(jié)合而獲得的抗腐蝕性顯著于常規(guī)的抗蝕鍍層(鉻，鎳，鋅…)。簡(jiǎn)單工件可經(jīng)受700h以上的噴鹽水試驗(yàn)而不腐蝕，對(duì)于經(jīng)焊接或卷曲的部件也可容易地達(dá)到400小時(shí)。抗磨性／咬合性：600—800HV的化合層硬度可有效地克服磨損問(wèn)題。浸滲和表面終處理可大大降低摩擦系數(shù)。

抗疲勞性：顯著而重要的疲勞強(qiáng)度的提高歸功于在氮擴(kuò)散區(qū)域產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力。

重要提示：經(jīng)阿可(ARCOR)處理可消除氫脆的危險(xiǎn)一一一個(gè)用其他鍍層方法容易遇到的主要問(wèn)題。

表1 舍舍夫（SURSULF）處理凸輪軸/搖臂磨損試驗(yàn)

凸輪軸：合金鑄鐵+H.F.淬火—搖臂：鑲嵌Z200C12（Cr12）鋼

速度：1500&300RPM—解除載荷：遞增—油：標(biāo)準(zhǔn)油（15W40）

 

 表2舍舍夫（SURSULF）處理后獲得的不同牌號(hào)材料化合物層厚度、硬度及擴(kuò)散層厚度