專利名稱：液相等離子體電解滲氮的電解液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種滲氮的電解液，尤其涉及一種液相等離子體電解滲氮的電解液。
技術(shù)背景
滲氮又稱氮化，是鋼鐵表面改性工藝中的重要組成部分，其是指將鋼鐵零件放置在活性氮的介質(zhì)中，在一定溫度和保溫時(shí)間下，使其表面滲入氮元素的過(guò)程。其目的是提高表面層的硬度與耐磨性以及提高疲勞強(qiáng)度、抗腐蝕性能等。因此，滲氮工藝被廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶、軍工等工業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)方面，如直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的主動(dòng)齒輪、螺栓、軸頸螺母、齒輪軸等重要零件，坦克、裝甲車、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車變速箱的齒輪以及槍管、螺栓、彈盒、炮身、導(dǎo)管、襯套、軸和各種工模具等各種重要零件的表面處理。
目前，鋼鐵表面滲氮工藝主要采用氣體滲氮、液相滲氮、離子滲氮，但其都有自身的缺點(diǎn)。如氣體滲氮具有所需生產(chǎn)周期長(zhǎng)、耗能大、生產(chǎn)效率低、工藝成本高等缺點(diǎn)；液體滲氮具有零件化合物層薄且脆的缺點(diǎn)，不能承受高壓和沖擊載荷，且不適用于具有封閉深孔的零件；離子氮化具有設(shè)備費(fèi)用較大，目前準(zhǔn)確測(cè)溫尚未完全解決，不適于大批量生產(chǎn)， 其工藝成本仍然較高，存在溫度不均勻的問(wèn)題等缺點(diǎn)。
液相等離子體電解滲氮由于在在一個(gè)開放的大氣環(huán)境下、特定的電解液中進(jìn)行的，可以在完成滲氮、滲碳或碳氮共滲處理后直接淬火，在幾分鐘的時(shí)間內(nèi)即可獲得高硬度、耐磨、耐蝕的滲層。與傳統(tǒng)的離子碳氮共滲技術(shù)相比，具有耗能低(與傳統(tǒng)工藝相比可節(jié)約用電￠0-85%)、無(wú)污染、處理時(shí)間短(幾十秒到幾分鐘)、工件變形小、工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備成本低廉、試用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。工件表面處理的電解液溫度僅45-80°C，工件處理完在電解液中直接淬火，工件變形輕微，表面硬度高，滲氮(碳)均勻性好并且表面清潔光亮。
但目前該項(xiàng)技術(shù)的相關(guān)研究還相對(duì)較少，還處于工藝探索和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)積累過(guò)程， 且研究?jī)?nèi)容主要集中在脈沖直流電源輸出下進(jìn)行液相等離子體電解滲氮，普通直流電源輸出下的液相等離子體電解滲氮研究相對(duì)較少。
因此，根據(jù)以上分析，本發(fā)明在以普通無(wú)脈沖直流電源為輸出，液相等離子體電解滲氮裝置條件下，對(duì)電解液配方進(jìn)行探索與優(yōu)化，以期提供適用于普通無(wú)脈沖直流輸出的液相等離子體電解滲氮(氮碳共滲)方法的電解液配方，從而獲得性能優(yōu)良的滲氮層(氮碳共滲層)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種液相等離子體電解滲氮的電解液，通過(guò)液相等離子體電解滲透裝置進(jìn)行液相等離子體電解滲氮(氮碳共滲)，以獲得均勻致密且與基體結(jié)合良好的滲氮層(氮碳共滲層)，從而保證其高表面層的硬度與耐磨性以及高疲勞強(qiáng)度、抗腐蝕等性倉(cāng)泛。
本發(fā)明的目的是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，液相等離子體電解滲氮(氮碳共滲)電解液是一種雙重電解質(zhì)溶液，由下列重量百分比的原料組成`活性氮、碳源氯化鉀(KCl) 蒸餾水(H20)余量。20% 80% O. 5% 4. 5%
所述的活性氮、碳源由工業(yè)濃氨水(NH3 -H20)、甲酰胺(HC0NH2)、尿素(CO (NH2) 2) 之一種或多種組成；易溶鹽的選擇對(duì)滲透效果具有決定性的作用，通過(guò)對(duì)不同易溶鹽實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析可知，加入氟化鹽、氯化鈉及氯化銨鹽的電解液不能在材料表面形成滲氮層(氮碳共滲層)，而加入氯化鉀的電解液則能形成較好的滲氮層(氮碳共滲層)。上述的工業(yè)濃氨水為質(zhì)量分?jǐn)?shù)25 28%的濃氨水，甲酰胺為化學(xué)分析純，尿素為普通化學(xué)純，氯化鉀為化學(xué)分析純粉末，水為蒸餾水。
采用本發(fā)明的電解液配方，利用液相等離子體電解滲氮(氮碳共滲)裝置，在160V 至300V的電壓下處理幾分鐘至幾十分鐘，即均勻致密且與基體結(jié)合良好的表面改性層， 此外，處理完的工件直接在電解液中完成淬火，工件變形輕微。通過(guò)對(duì)電解液成分及電壓的控制，可以得到均勻致密、與基體結(jié)合良好，具有不同組成及結(jié)構(gòu)的滲氮層(氮碳共滲層)。 在氨水濃度為百分之六十的電解液中，220V電壓下處理IOmin后，試樣獲得了良好的滲氮效果，試樣表面呈現(xiàn)灰色，滲氮層中白亮層、擴(kuò)散層和基體組織三部分特征明顯，滲氮層各層組織均勻致密，無(wú)明顯缺陷，各層厚度之和可達(dá)110 μ m。


圖1為本發(fā)明電解液為60%氨水+39%水+1%KC1，38CrMoAl在220V下處理IOmin后滲氮層的SEM照片。
具體實(shí)施方式
在實(shí)施例中，所用的工業(yè)濃氨水為質(zhì)量分?jǐn)?shù)25 28%的濃氨水，甲酰胺為化學(xué)分析純，尿素為普通化學(xué)純，氯化鉀為化學(xué)分析純粉末，水為蒸餾水。
實(shí)施例1電解液組成(重量)60% 氨水(NH3 · H20)，39% 水(H20)，1% 氯化鉀(KCl)0
處理工藝將氯化鉀先溶于水，然后加入氨水，獲得所需電解液；利用液相等離子體電解滲氮(氮碳共滲)裝置，在220V電壓下處理IOmin。
處理結(jié)果經(jīng)上述處理后的38CrMoAl鋼滲氮層表面主要成分為Fe3N、Fe4N、AlN和 FeO相，滲氮層厚度為110 μ m，如圖1所示。
實(shí)施例2電解液組成(重量) 60% 甲酰胺(HC0NH2)，39. 5% 水(H20)，O. 5% 氯化鉀(KCl)0
處理工藝將氯化鉀先溶于水，然后加入甲酰胺，獲得所需電解液；利用液相等離子體電解滲氮(氮碳共滲)裝置，在220V電壓下處理lOmin。
處理結(jié)果經(jīng)上述處理后的38CrMoAl鋼滲層表面主要成分為FeN和FeO相，滲層厚度可達(dá)200 μ m.實(shí)施例電解液組成(重量)20% 尿素(CO(NH2) 2)，75. 5% 水(H20)，4. 5% 氯化鉀(KCl)0
處理工藝將氯化鉀先溶于水，然后加入尿素，獲得所需電解液；利用液相等離子體電解滲氮(氮碳共滲)裝置，在220V電壓下處理IOmin。
處理結(jié)果經(jīng)上述處理后的38CrMoAl鋼滲層表面主要成分為Fe2N、Fe3N、CrN和 Fe304相，滲層厚度可達(dá)130 μ m.實(shí)施例4電解液組成(重量)30%氨水(NH3 ·Η20)，30 % 甲酰胺(HC0NH2)，20%尿素(CO (ΝΗ2) 2)，18. 8%水(Η20)，1. 2% 氯化鉀(KCl)。
處理工藝將氯化鉀先溶于水，然后加入氨水、甲酰胺、尿素，獲得所需電解液；利用液相等離子體電解滲氮(氮碳共滲)裝置，在220V電壓下處理lOmin。
處理結(jié)果經(jīng)上述 處理后的38CrMoAl鋼滲層表面主要成分為Fe2N、Fe3N相，滲層厚度可達(dá)150 μ m。
權(quán)利要求
1.一種液相等離子體電解滲氮的電解液，其特征在于由下列重量百分比的原料組成
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液相等離子體電解滲氮的電解液，其特征在于，所述的工業(yè)濃氨水為質(zhì)量分?jǐn)?shù)25 28%的濃氨水；甲酰胺為化學(xué)分析純；尿素為普通化學(xué)純；氯化鉀為化學(xué)分析純粉末；水為蒸餾水。
3.一種用權(quán)利要求1所述液相等離子體電解滲氮的電解液對(duì)鋼材的表面進(jìn)行液相等離子體電解滲氮的方法其特征是獲得所需電解液后，利用液相等離子體電解滲透裝置，在 160 300V電壓下進(jìn)行液相等離子體電解滲氮，經(jīng)過(guò)幾分鐘至幾十分鐘的處理后獲得均勻致密且與基體結(jié)合良好的滲氮層。
全文摘要
本發(fā)明公開一種液相等離子體電解滲氮的電解液。該電解液為一種雙重電解質(zhì)溶液，其主要以工業(yè)濃氨水(NH3·H2O)、甲酰胺(HCONH2)、尿素(CO(NH2)2)之一種或多種為主要活性原子供劑，氯化鉀(KCl)為易溶鹽，余量為水。采用本發(fā)明的電解液配方，利用液相等離子體電解滲氮(氮碳共滲)裝置，在160V至300V的電壓下處理幾分鐘至幾十分鐘，即均勻致密且與基體結(jié)合良好的表面改性層，本發(fā)明的特點(diǎn)是處理完的工件直接在電解液中完成淬火，工件變形輕微。通過(guò)對(duì)電解液成分及電壓的控制，可以得到均勻致密、與基體結(jié)合良好，具有不同組成及結(jié)構(gòu)的滲氮層，在氨水濃度為百分之六十的電解液中，220V電壓下處理10min后，試樣獲得了良好的滲氮效果，試樣表面呈現(xiàn)灰色，滲氮層中白亮層、擴(kuò)散層和基體組織三部分特征明顯，滲氮層各層組織均勻致密，無(wú)明顯缺陷，各層厚度之和可達(dá)110μm。
文檔編號(hào)C23C8/24GK103060742SQ20131000966
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者華小珍, 許武波, 周浪, 郭文廷, 周賢良, 崔霞 申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)