專利名稱：鈦上鍍氮化物層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在由鈦和鈦合金構(gòu)成的工件上，通過在加壓和500℃以上溫度下，用氨或含氨氣體混合物對(duì)工件進(jìn)行熱化學(xué)處理的氮化物層鍍覆方法。
作為結(jié)構(gòu)材料，鈦比鋼具有某些優(yōu)點(diǎn)，即比重小、耐腐蝕及強(qiáng)度高。另一方面，則由于其硬度較低而需要進(jìn)行表面處理來提高耐磨性。這種表面處理通常是形成碳化鈦或氮化鈦層。迄今，對(duì)由鈦和鈦合金構(gòu)成的工件進(jìn)行氮化的已知方法包括，使用高能氣體或電磁場(chǎng)。這些方法非常昂貴，而且只能用于幾何形狀簡(jiǎn)單的工件。
在聯(lián)邦德國(guó)專利說明書DE-PS1796212中，提到了在氨氣氛中，于較高溫度和常壓下，通過生成氮化物層的鈦表面硬化方法。
盡管這一方法旨在制備相當(dāng)厚的硬覆層，但由于牽涉到氫擴(kuò)散使工件中心部分變脆，而根本不合實(shí)用。
EP-A-0105835提及一種在鈦和鈦合金構(gòu)成的工件上制備氮化物層的方法，該方法是在高壓釜中，將這類工件暴露于壓力至少10MPa和溫度至少200℃的氨氣氛來進(jìn)行的。在此情況下，氨必須很純。這種氮化，優(yōu)先在90-130MPa壓力及930-1000℃溫度下進(jìn)行。該方法的缺點(diǎn)是，由于使用高壓釜和很純的氨而非常昂貴，并且在三小時(shí)或三小時(shí)以上的時(shí)間后，僅能得到20μm厚的覆層。
因而，本發(fā)明的目的是要研制一種在由鈦和鈦合金構(gòu)成的工件上，于加壓和500℃以上溫度下，通過用氨或含氨氣體混合物對(duì)這些工件進(jìn)行熱化學(xué)處理，來鍍覆氮化物層的方法，該方法不但經(jīng)濟(jì)，而且可以在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)形成20μm或更厚的氮化物層。
按照本發(fā)明，通過在500-1000℃溫度及0.2-10MPa壓力下(在該情況下氨分壓至少必須為0.2MPa)進(jìn)行處理而達(dá)到了這一目的。
溫度為700-950℃和壓力為0.5-7MPa(在此情況下氨分壓要須至少為0.2MPa)已被證明特別有利。
使用這種加壓處理，可以在箱式爐中向任何形狀和尺寸的鈦和鈦合金部件提供20μm或20μm以上足夠厚的氮化物層。意外的是，根本不需極其純的氣體，正常商業(yè)級(jí)的氨即已足夠。此外，可以將氮與氨混合，在該情況下，進(jìn)行氮化處理僅需要至少為0.2MPa的氨分壓。
在廣泛的壓力范圍內(nèi)，所生成的氮化鈦層厚度，取決于溫度和處理的持續(xù)時(shí)間。處理后的表面為金色，并使硬度顯著提高。在壓力高于6MPa范圍時(shí)，覆層的厚度幾乎與壓力無關(guān)。
曲線圖表明，純鈦工件上氮化鈦層的生成量，是含氨氣氛壓力和溫度的函數(shù)。
甚至在500℃溫度時(shí)，例如在2MPa(＝20巴)絕對(duì)壓力下，1小時(shí)后測(cè)得10μm厚的TiN層。在880℃下，此時(shí)生成20μm的純TiN層。
在6MPa(＝60巴)壓力時(shí)，例如若將樣品在880℃下保持1小時(shí)，則生成30μm的TiN層。
壓力進(jìn)一步增至9MPa(＝90巴)時(shí)，壓力對(duì)TiN層厚度的影響減小。厚度增加不再成線性。在甚至更高的壓力下，由于迅速形成致密的TiN層，只有氮透過該層的擴(kuò)散才是決定時(shí)間的因素。
按處理純鈦的同樣方法，也可以將鈦合金，例如TiAl6V4氮化。
這些鍍覆方法，根本不需高壓釜，而處理卻可以在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)箱式爐中進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.在由鈦和鈦合金構(gòu)成的工件上，通過在加壓和溫度高于500℃時(shí)，用氨或含氨氣體混合物對(duì)此種工作進(jìn)行熱化學(xué)處理的氮化物層鍍覆方法，其特征在于，該處理在500-1000℃溫度和0.2-10MPa下進(jìn)行，同時(shí)氨分壓須至少為0.2MPa。
2.權(quán)利要求1所述的氮化物層鍍覆方法，其特征在于，該處理在700-950℃溫度和0.5-7MPa壓力下進(jìn)行，同時(shí)氨分壓須至少為0.2MPa。
全文摘要
一種在鈦和鈦合金上鍍覆氮化物層的實(shí)用方法。通過在氨氣氛中加壓氮化，在短時(shí)間內(nèi)得到20μm厚度的覆層。為此，必需使溫度為500-1000℃，壓力為0.2-10MPa。
文檔編號(hào)C23C8/24GK1057866SQ90110418
公開日1992年1月15日 申請(qǐng)日期1990年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月4日
發(fā)明者弗里德里克·普萊斯?fàn)?申請(qǐng)人:底古薩股份公司