本發明專利技術一種提高奧氏體不銹鋼低溫氣體滲碳速度的催滲方法，屬化學熱處理技術領域，本發明專利技術于450℃～470℃，采用混合滲碳劑對奧氏體不銹鋼進行氣體滲碳處理，所述混合滲碳劑由氣相滲碳劑和液相稀土催滲劑組成，所述氣相滲碳劑由CO、H2和N2組成；所述液相稀土催滲劑由氯化稀土與甲醇的溶液組成；該氣相滲碳劑和液相稀土催滲劑的溶劑甲醇在滲碳爐內氣化后產生的氣體共同構成滲碳爐氣，其液相稀土催滲劑的稀土元素的質量分數為滲碳爐氣質量分數的0.8～1.5％，保持處理24～48h，在原氣氛爐中冷至150℃以下，即在奧氏體不銹鋼獲得表面硬度為850HV～1200HV的耐蝕強化滲碳層，本發明專利技術提高了奧氏體不銹鋼耐蝕強化的處理效率，降低了生產成本。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術，屬化學熱處理
技術背景奧氏體不銹鋼廣泛應用于機械、化工、交通運輸、醫療衛生、日常生活等領域，是目前用量最大的耐蝕金屬材料。但是奧氏體不銹鋼存在一個非常明顯的不足就是這種材料的強度不高，直接表現為低的表面硬度、耐磨性能和抗疲勞性能，嚴重影響其使用范圍和使用壽命，進行表面強化處理十分必要。過去，工業應用的奧氏體不銹鋼表面強化方式主要有離子注入、表面沉積、熱噴涂以及化學熱處理等。這些表面強化技術都不同程度地存在著不足，如，離子注入法存在注入層淺、視覺效應及難以大規模生產等問題，表面沉積(電沉積、化學沉積、氣相沉積等)和熱噴涂處理存在覆層與基體之間結合力較低的問題，而且，這些方法制備的覆層無法保證完全致密，腐蝕介質一旦穿過表層滲入界面，將會造成嚴重的電偶腐蝕;常規化學熱處理(如滲碳、滲氮等)，因滲碳(氮)而引起奧氏體不銹鋼耐蝕性下降，大大限制了該方法在奧氏體不銹鋼領域的應用。上世紀八十年代，荷蘭學者B.H.Kolster發現奧氏體不銹鋼在較低溫度下滲入碳(氮)原子不僅可以大幅度提高不銹鋼的硬度，而且不會造成其耐腐蝕性能的下降，從而發展起奧氏體不銹鋼的低溫滲碳(氮)技術。目前奧氏體不銹鋼在臨界溫度之下低溫硬化處理方法主要有氣體法、離子法。鑒于工藝過程的特性，真正適用于復雜零件批量處理的工藝是滲碳工藝，尤以氣體法更優。實現奧氏體不銹鋼低溫氣體耐蝕滲碳強化在技術上的主要障礙有兩點:一是奧氏體不銹鋼表面鈍化膜的去除。奧氏體不銹鋼實現其耐腐蝕性能的關鍵是表面可生成連續致密的Cr203鈍化膜，但這層致密膜又成為阻礙滲碳過程中C原子向基體內擴散的主要因素。因此，滲碳處理時必須去除Cr203鈍化膜并保證在整個工藝過程中不再重新生成。目前，這一技術已有突破，并有專利報道，同時，以美國Swagelok公司為首的一些廠家已在歐美國家獲得工業應用。妨礙奧氏體不銹鋼低溫氣體耐蝕滲碳推廣應用的另一障礙是強化處理周期過長的問題。為了防止滲碳處理時滲層中的Cr與C反應生成Cr203使得基體的Cr含量下降，從而導致不銹鋼耐蝕性降低，必須在Cr的碳化物形成溫度之下的較低溫度(如低于500°C)進行耐蝕滲碳處理，這就大大延長了滲碳周期(一般需進行數十小時甚至上百小時才可能得到有實用價值的滲碳層)，增加了生產成本，影響該技術的擴大應用。在實現了表面鈍化膜的有效去除之后，奧氏體不銹鋼低溫耐蝕強化處理的關鍵是如何有效提高該工藝的處理效率，以適應不銹鋼應用發展的需要，目前，這一問題并未得到有效解決。稀土是一類化學性質非常特殊的金屬元素，稀土及稀土化合物用于冶金過程已有多年的歷史，在化學熱處理領域也有不少應用，主要用來提高熱處理效率，如稀土催滲的氣體滲碳、離子滲氮等。但是，稀土作為催滲元素用于化學熱處理工藝的現有技術，其處理溫度均在500°C以上(如滲碳在900°C左右，滲氮在520?560°C)，到目前為止，未見有奧氏體不銹鋼在低于500°C的低溫滲碳過程采用稀土催滲處理的報道。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供，通過采用氯化稀土作為低溫滲碳的催滲元素，達到在低于500°C的低溫條件下的催滲效果，并且，該氯化稀土催滲元素在滲碳氣氛中分解出的微量氯元素能有效抑制滲碳過程中不銹鋼表面鈍化膜的形成，從而顯著縮短了低溫滲碳處理的周期，提高奧氏體不銹鋼耐蝕強化的處理效率和奧氏體不銹鋼表面硬度。本專利技術的目的通過如下技術方案實現:本專利技術，是將奧氏體不銹鋼進行有效前處理和表面鈍化膜去除之后，滲碳爐溫保持在450°C?470°C的低溫條件下，采用混合滲碳劑對奧氏體不銹鋼進行氣體滲碳處理，所述混合滲碳劑由氣相滲碳劑和液相稀土催滲劑組成，所述氣相滲碳劑由C0、H#PN2組成;所述液相稀土催滲劑由氯化稀土與甲醇的溶液組成;該氣相滲碳劑和液相稀土催滲劑的溶劑甲醇在滲碳爐內氣化后產生的氣體共同構成滲碳爐氣，其液相稀土催滲劑的稀土元素的質量分數為滲碳爐氣質量分數的0.8?1.5%，根據單位體積氣相滲碳劑的質量和單位體積基準液相稀土催滲劑稀土元素的質量，再按滲碳爐氣中稀土元素所占的質量百分數，計算求得需要對應加入的既含稀土元素，又可氣化為滲碳爐氣的基準液相稀土催滲劑的數量;所述氣相滲碳劑和液相稀土催滲劑分別通過管路計量、滴注計量，同時向滲碳爐中送入，保持處理24?48h，在原氣氛中爐冷至150°C以下，即可在奧氏體不銹鋼獲得表面硬度為850HV?1200HV的耐蝕強化滲碳層。所述由⑶、HdPN2組成的氣相滲碳劑，其按體積分數的組成為(35%?15 % )C0+10%Η2+(55% ?75%)Ν2。所述液相稀土催滲劑的氯化稀土為單一氯化稀土或混合氯化稀土。所述氯化稀土按平均分子量為246?247、其稀土元素平均原子量為139?140計笪并ο本專利技術具有以下特點:本專利技術是奧氏體不銹鋼低溫耐蝕氣體滲碳技術的發展與提升。本專利技術充分利用稀土元素高負電性、高活性的特點，加快了物理冶金反應過程，加速了低溫條件下C原子在奧氏體中的擴散速率，提高了奧氏體不銹鋼低溫耐蝕氣體滲碳的速度，大幅度縮短了滲碳周期。本專利技術將固態稀土化合物液態化，并采用一種便捷的方式滴注送入滲碳爐內，在滲碳罐中實現氣相催滲劑與液相催滲組分的混合，達到對奧氏體不銹鋼低溫滲碳進行稀土催滲的目的。本專利技術采用氯化稀土作為催滲元素，不僅達到了催滲效果，而且在滲碳過程中，滲碳氣氛中分解出的微量氯元素，可以很好地防止不銹鋼表面在微氧含量氣氛中可能生成的Cr203，抑制鈍化膜的形成。本專利技術提高了奧氏體不銹鋼耐蝕強化的處理效率，降低了生產成本。【附圖說明】圖1本專利技術滲碳處理工藝流程示意圖；圖2按本專利技術處理的AISI316奧氏體不銹鋼滲碳層金相組織示意圖；圖3按本專利技術處理的AISI316奧氏體不銹鋼硬度及硬度分布示意圖。【具體實施方式】現結合實施例進一步說明本專利技術是如何實施的:1、配制氣相滲碳劑:氣相滲碳劑按體積分數的組成為(35%?15%)C0+10%H2+(55%?75%)N2，氣相催滲劑的平均分子量通過下式28 X 25 % +2 X 10 % +28 X 65 %計算為25.4，按計算式25.4 +22.4 = 1.13，計算得到以升為單位的氣相催滲劑的質量為1.13g/Lo2、配制液相稀土催滲劑:1)配制基準液相稀土催滲劑:在攪拌條件下，將20g氯化稀土(ReCl3)完全溶解于100ml甲醇中，配制成液相稀土催滲劑，計算得到以毫升為單位的基準液相稀土催滲劑的氯化稀土、稀土元素的質量分別為氯化稀土0.2g/ml，稀土元素0.llg/mlo2)按照滲碳爐氣中稀土元素的質量百分數，計算求得需要對應滴注加入的基準液相稀土催滲劑的數量:以上述每升氣相催滲劑的質量為1.13g、每毫升基準液相稀土催滲劑中含稀土元素0.1 lg為依據，按液相稀土催滲劑的甲醇密度為0.79計算，即可計算得到按滲碳爐氣中0.8%?1.5%的稀土元素的質量分數，所需要對應滴注加入的既含稀土元素，又可氣化為滲碳爐氣的基準液相稀土催滲劑的毫升數。例如:按向滲碳爐中通入的稀土元素質量分數為滲碳爐氣的1%計，設每通入1L氣相滲碳組分需滴注送入液相稀土催滲劑為X ml，其甲醇密度以0.79計算，每mL基準液相稀土催滲劑之稀土元素的質量為0.llx(g)本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種提高奧氏體不銹鋼低溫氣體滲碳速度的催滲方法，其特征在于，將奧氏體不銹鋼進行有效前處理和表面鈍化膜去除之后，滲碳爐溫保持在450℃～470℃的低溫條件下，采用混合滲碳劑對奧氏體不銹鋼進行氣體滲碳處理，所述混合滲碳劑由氣相滲碳劑和液相稀土催滲劑組成，所述氣相滲碳劑由CO、H2和N2組成；所述液相稀土催滲劑由氯化稀土與甲醇的溶液組成；該氣相滲碳劑和液相稀土催滲劑的溶劑甲醇在滲碳爐內氣化后產生的氣體共同構成滲碳爐氣，其液相稀土催滲劑的稀土元素的質量分數為滲碳爐氣質量分數的0.8～1.5％，根據單位體積氣相滲碳劑的質量和單位體積基準液相稀土催滲劑稀土元素的質量，再按滲碳爐氣中稀土元素所占的質量百分數，計算求得需要對應加入的既含稀土元素，又可氣化為滲碳爐氣的基準液相稀土催滲劑的數量；所述氣相滲碳劑和液相稀土催滲劑分別通過管路計量、滴注計量，同時向滲碳爐中送入，保持處理24～48h，在原氣氛中爐冷至150℃以下，即在奧氏體不銹鋼獲得表面硬度為850HV～1200HV的耐蝕強化滲碳層。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：潘鄰，張良界，馬飛，楊閩紅，李朋，吳勉，
申請(專利權)人：武漢材料保護研究所，
類型：發明
國別省市：湖北;42
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