粉末冶金技术手册粉末冶金工艺过程视频技术论

发布日期:2020-05-19 22:52

  本发明涉及一种粉末冶金零件表面的耐磨损、耐腐蚀、低摩擦系数的表面处理方法。

  粉末冶金零件是指不经熔炼和铸造,直接用几种金属粉末或金属粉末与非金属粉 末,通过配制、压制成型,烧结等直接制成的金属部件,粉末冶金是金属冶金工艺与陶瓷烧 结工艺的完美结合,用粉末冶金方法制造产品时,金属的损耗只有1 5%,而用一般熔铸 方法生产时,粉末冶金工艺过程视频金属的损耗可能会达到80%,粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯,而不需 要或很少需要随后的机械加工,故能大大节约金属,降低产品成本、大规模生产的先进工艺 方法。为了进一步扩大应用领域,必须在提高粉末冶金材料密度级别的基础上,要求研 发高疲劳寿命粉末冶金部件,进一步提高粉末冶金表面的硬度、耐腐蚀能力、改善摩擦学特 性,这是对粉末冶金材料学的极大挑战。由于粉末冶金的多孔特性,传统的渗碳、渗氮,使粉 末冶金零件出现明显的脆性倾向,对粉末冶金齿轮类高载荷零件几乎无法使用,不得不研 发更高级的高合金钢代替熔铸的普通碳钢,而离子注入和激光淬火等工艺由于工艺的稳定 性和成本问题,至今没有得到很好的应用。20世纪70年代,以热处理设备和热处理技术见长的德国Degussa公司利用其在盐 浴技术方面的丰富经验和强大的技术实力,率先开发出了原料中完全不含氰化物的盐浴配 方,并增加了一道可以彻底分解残余氰根的氧化工序,这样就形成了新的无公害的盐浴复 合处理技术。这种新的盐浴复合处理技术不仅原料无毒,不污染环境,而且使金属表面的耐 磨性和抗蚀性有更大幅度的提高。美国Kolene公司随后引进了 Degussa公司的盐浴复合 处理技术,并加以改进,在工件经盐浴氮化和氧化后增加了一道抛光工序,抛光后再氧化一 次。这样可以使工件表面粗糙度大大降低,外观赏心悦目,同时还可以使金属表面的耐磨性 和抗蚀性进一步提高,现在把这一技术称为QPQtouench-Polish-Quench)技术。QPQ技术可 以同时大幅度提高金属表面的耐磨性和抗蚀性,而且还具有处理后零件几乎不变形,无公 害,节能等优点,因此被称作金属科技领域内的革命性新技术。由于粉末冶金的多孔特性,大量的研究证实对粉末冶金进行QPQ处理过程中,由 于毛细管作用,大量的处理液态盐残留于基体中,不仅不能提高粉末冶金的表面耐磨性和 抗蚀性,反而使产品有害。表面性能的优劣直接影响着粉末冶金的使用性能及寿命。因此, 改善粉末冶金的表面性能是解决问题的关键。而在现有技术中,几乎没有人对粉末冶金进 行表面处理以改善其表面性能达到传统钢铁QPQ的效果。

  本发明要解决的技术问题是提供一种对粉末冶金合金零件进行表面处理的方法, 以提高粉末冶金部件的表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性能以及抗疲劳开裂的能力,降低粉末冶金的磨损率,减少表面缺陷和产生疲劳裂纹的倾向,提高粉末冶金部件的疲劳强度和抗蚀 性能。对于本发明的对粉末冶金合金部件进行表面处理的方法,该技术问题是这样加以 解决的该表面处理方法包括以下步骤,①首先粉末冶金零件进行去脂、酸性活化、去离子 水洗干净;②接着对该零件进行粉末冶金零件进行烘干,去除表面的残留水;③再接着对 该粉末冶金零件进行温度为480 650°C,时间为30 150min的一步气体渗氮硫铬处理, 使得渗层组织厚度达到15 45 μ m ;④然后对该零件进行喷沙或喷丸处理,去除化合物层 外面的疏松层;⑤再对该粉末冶金零件进行温度为300 400°C,时间为10 60min氧化处 理,使渗层组织表面覆盖氧化层。粉末冶金技术论文其中步骤③ ⑤优选至少重复一次,更优选重复1-3次, 进一步优选重复2-3次。其中在步骤③中的一步气体渗氮硫铬处理,是在盐浴炉中采用气态的硫铬络合物 与氨气的混合气体,带入炉内。气态硫铬络合物与氨气之间的质量比优选70 30-30 70, 更优选60 40-40 60。在温度为480 650°C,气态硫铬络合物与氨气均离子化,很容易 与粉末冶金零件形成氮硫铬铁化合物,而传统的“渗氮”、“渗硫”、“渗铬”均只能单一进行, 单一的渗层组织不仅渗层脆性大、容易剥落,也不能完全同时满足高寿命粉末冶金零件表 面高硬度、耐腐蚀、降低摩擦系数、提高疲劳强度的要求,而且渗铬和液态渗氮属于液态渗, 不能用于带盲孔和小孔的部件尤其是粉末冶金零件。采用气态硫铬络合物与氨气载体对粉 末冶金零件一步气体渗氮硫铬处理是本发明区别于传统渗氮渗硫等表面改性。上述气态的硫铬络合物是指含硫的化合物与含铬化合物的混合物,两者之间的质 量比为99 1-1 99,优选80 20-20 80,更优选60 40-40 60 ;上述气态的硫铬 络合物也可以是硫酸铬铵、铬酰氯的二硫化碳溶液(浓度优选5-30wt% )、硫酸铬铵甲酰胺 溶液(浓度优选10-40Wt% )中的至少一种。其中含硫化合物为硫醇(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)中的至少一种;含铬化合物为硫 酸铬铵、乙酸亚铬中的至少一种。在上述表面处理方法的渗氮硫铬处理中,粉末冶金零件的表面形成硬度高、稳定 性好的氮硫铬铁化合物,ag8下载,这一层的厚为15 45μπι的组织层(该组织层从外到内依次为致 密化合物层、白亮层、扩散层),表面白亮层硬度为高达Ηναι600 800的硬表面,白亮层硬 表面的外面覆盖1 5μπι含有氧化物、氮化物、铬化物、硫化物特殊的耐腐蚀、低摩擦系数 致密化合物层。被进行表面处理的粉末冶金零件,其至少含有50wt%的狗,进一步优选至 少含有80衬%的!^e,最优选至少含有90衬%的狗。如果粉末冶金零件合金材料中含有Mo、W、Cr等成分均可与氮硫铬处理中的氮 形成硬度更高、稳定性好的氮化物,并以弥散状态分布于渗氮硫铬层内,使其弥散强化,具 有更高硬度和耐磨性;如含3% Mo的粉末冶金经本发明处理后使粉末冶金零件硬度高达 Hv0. !850 1050,耐磨性大大提高。同时白亮层下面的扩散层可以提高材料的疲劳强度,提高了抗疲劳开裂的能力。 在气体渗氮硫铬后进行喷沙或喷丸处理,可去掉化合物层外面的疏松层,提高工件的耐磨 性,同时使工件表面产生了与工作时受力方向相反的预应力,提高工件的疲劳强度。在喷沙后进行氧化处理,不仅降低了工件的表面粗糙度,使其外观变得更加光滑,减少了粉末冶金 零件与对偶件之间的摩擦,使相对滑动性更为良好,还大大提高了化合物层中的含氧量,从 而进一步提高工件的抗蚀性能。上述对粉末冶金零件进行表面处理的方法大大提高了粉末冶金零件的耐磨性、耐 腐蚀性和抗疲劳的能力,降低了粉末冶金的磨损率,减少了表面缺陷和产生裂纹的倾向;使 粉末冶金在工作时不容易产生粘附、咬合等现象,使硬度、强度、韧性、耐磨性、耐疲劳强度、 抗粘合性等性能达到使用所需要的最佳配合,从而大大提高了粉末冶金的使用寿命。本发明使粉末冶金产品的表面硬度、耐磨性、抗腐蚀性和耐疲劳性同时大幅度提 高;可取代渗碳淬火、高频淬火、离子渗氮、软氮化、调质多种工艺;取代易变形件的淬火等 常规热处理和表面强化技术,以提高金属表面硬度和耐磨、耐疲劳性能,特别是用来解决硬 化变形难题;可用来取代发蓝、镀硬铬、镀装饰铬、镀镍、镀锌、硫化、等常规表面处理工艺, 大幅度提高零件的抗蚀性,大大降低生产成本;取代多道工序用本工艺进行一次处理,可以 取代淬火_回火-发黑三道工序,或取代渗碳_淬火_回火-镀硬铬四道工序.根据产品 的不同性能要求,质量稳定,操作简便。

  具体实施例方式下面结合实施例对本发明的粉末冶金表面处理方法作进一步详细描述,以下所列 实施例为本发明的非限定性实施例,有关粉末冶金材料成分配比和本发明工艺参数可在允 许的范围进行调整,这种调整对本发明没有实质性影响。通过本发明处理的粉末冶金零件,按照《JB/T渗硼层显微组织、硬度及层深检测 方法》进行测试,硬度可达Ηναι600 1050,同时本发明也可以用于熔铸机加工部件,而传 统的渗氮渗硫等表面改性很难达到该硬度,或者达到该硬度因为太脆而使零件失效。实施例一本例的粉末冶金材料组成及重量含量为0. 95 1. 05% C,1. 5 2% Cu,其余为 Fe和不可避免的杂质。其材料可采用现有粉末冶金技术制得,制品密度为6. 7g/cm3,在该 粉末冶金零件上进行本发明的表面处理。脱脂去污处理采用RR-60高效清洗剂,在25 40°C,超声波清洗3 15min ;酸 洗活化处理采用RR-602活化剂,25 40°C,超声波清洗5 IOmin ;水洗均在常温去离子 水进行;然后上红外烘箱,温度220 340°C,时间1小时。然后进行气体渗氮硫铬,温度为 560°C,时间为50min ;出炉冷却后进行喷丸处理;最后进行氧化处理温度为350°C,处理时 间为120min ;经上述表面处理后在粉末冶金表面形成35 μ m左右厚度的氮硫铬铁组织层, 在渗氮组织层表面覆盖有氧化层,粉末冶金的表面硬度在Ηναι650 700。实施例二本例的粉末冶金材料组成及重量含量为0. 95 1. 05% C,1. 5 2% Cu,3. 5 5% Ni,其余为Fe和不可避免的杂质。其材料可采用现有粉末冶金技术制得,制品密度为 6. 9g/cm3,在该粉末冶金零件上进行本发明的表面处理。脱脂去污处理采用RR-60高效清洗剂,在25 40°C,超声波清洗3 15min ;酸 洗活化处理采用RR-602活化剂,25 40°C,超声波清洗5 IOmin ;水洗均在常温去离子 水进行;然后上红外烘箱,温度220 340°C,时间1小时。然后进行气体渗氮硫铬,温度为540°C,时间为120min ;出炉冷却后进行喷丸处理;最后进行氧化处理温度为350°C,处理时 间为120min ;经上述表面处理后在粉末冶金表面形成40 μ m左右厚度的氮硫铬铁组织层, 在渗氮组织层表面覆盖有氧化层,粉末冶金的表面硬度在Hva J50 900。实施例三本例的粉末冶金材料组成及重量含量为0. 95 1. 05% C,1. 5 2% Cu,3. 5 5% Ni,3% Mo,其余为Fe和不可避免的杂质。其材料可采用现有粉末冶金技术制得,制品 密度为7. Og/cm3,在该粉末冶金零件上进行本发明的表面处理。脱脂去污处理采用RR-60高效清洗剂,在25 40°C,超声波清洗3 15min ;酸 洗活化处理采用RR-602活化剂,25 40°C,超声波清洗5 IOmin ;水洗均在常温去离子 水进行;然后上红外烘箱,温度220 340°C,时间1小时。然后进行气体渗氮硫铬,温度为 580°C,时间为70min ;出炉冷却后进行喷丸处理;最后进行氧化处理温度为350°C,处理时 间为120min ;经上述表面处理后在粉末冶金表面形成45 μ m左右厚度的氮硫铬铁组织层, 在渗氮组织层表面覆盖有氧化层,粉末冶金的表面硬度在Ηναι850 1050。实施例四本例采用40Cr的机加工零件,进行本发明的表面处理。脱脂去污处理采用RR-60高效清洗剂,在25 40°C,超声波清洗3 15min ;酸 洗活化处理采用RR-602活化剂,粉末冶金技术手册25 40°C,超声波清洗5 IOmin ;水洗均在常温去离子 水进行;然后上红外烘箱,温度220 340°C,时间1小时。然后进行气体渗氮硫铬,温度为 520°C,时间为40min ;出炉冷却后进行喷丸处理;最后进行氧化处理温度为350°C,处理时 间为120min ;经上述表面处理后在零件表面形成30 μ m左右厚度的氮硫铬铁组织层,粉末冶金产品石墨什么作用在渗 氮组织层表面覆盖有氧化层,表面硬度在HvaJOO 850。作为对比,在相同对应条件下,该零件经过QPQ处理的表面形成15 μ m左右厚度的 渗氮组织层,表面硬度为Hvtl. #00 650。

  1.一种对粉末冶金零件进行表面处理的方法,包括以下步骤a)对粉末冶金零件依次进行去脂、酸性活化、去离子水洗处理;b)对前述步骤所得的粉末冶金零件进行烘干,去除表面的残留水;c)对前述步骤所得的粉末冶金零件进行一步气体渗氮硫铬处理,使得渗层组织厚度达 到15 45微米;d)对前述步骤所得的粉末冶金零件进行抛光处理,去除表面疏松层;e)对前述步骤所得的粉末冶金零件进行氧化处理,使其表面再覆盖一层致密的氧化层。

  3.权利要求1或2所述的方法,其特征在于所述的一步气体渗氮硫铬处理为在盐浴炉 中采用气态的含硫铬络合物与氨气的混合气体进行处理。

  4.权利要求3所述的方法,其特征在于所述的一步气体渗氮硫铬处理的温度为 480°C 650°C,时间为 30min 150min。

  5.权利要求3所述的方法,其特征在于所述含硫铬络合物为含硫化合物与含铬化合物 的混合物,两者之间的质量比为99 1-1 99 ;所述含硫铬络合物为硫酸铬铵、铬酰氯的 二硫化碳溶液、硫酸铬铵甲酰胺溶液中的至少一种。

  6.权利要求3所述的方法,其特征在于步骤d)中所述的抛光处理为喷沙或喷丸处理。

  7.权利要求3所述的方法,其特征在于步骤e)中所述的氧化处理温度为300°C 4000C,时间为 IOmin 60min。

  8.权利要求3所述的方法形成的粉末冶金零件,其特征在于处理后的粉末冶金零件的 表层形成15 45微米、硬度高达Ηναι600 Ηναι1300的超硬表面组织层。

  本发明公开了一种粉末冶金零件的表面处理方法,即首先对粉末冶金零件进行气体氮、硫、铬多元共渗,使粉末冶金零件表面形成15~45微米氮硫铬铁化合物的致密渗层组织;然后对其进行表面抛光处理;最后对粉末冶金零件进行低温氧化形成一层致密的氧化层。本发明由于化合物渗层组织是多元超硬氮硫铬铁化合物覆盖致密的氧化层,使粉末冶金零件具有优良的耐磨损、耐腐蚀、耐高温性能,大幅度降低了摩擦系数,抗咬死能力数量级提高,显著提高粉末冶金零件的工作质量和使用寿命。

  发明者不公告发明人 申请人:四川金邦新材料有限公司, 杭州力合金邦机电技术研发有限公司

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