新技術推進-氮化工藝進展

新之聯伊麗斯展覽 陶瓷展

中國陶瓷行業展！

云集

上海國際陶瓷展（IACE CHINA）創辦于2007年，經過十余年的持續培育，現已發展成為我國陶瓷領域規模大的展會。IACE CHINA推動技術創新、促進成果轉化，是中外企業加強交流合作、提升品牌價值、推新品拓市場的平臺。

來自全球十多個國家和地區的數百家企業，不僅是IACE CHINA的參展商，更成為了IACE CHINA的長期戰略合作伙伴，共同見證IACE CHINA的成長。此外，IACE CHINA也獲得了清華大學、武漢理工大學、湖南大學、景德鎮陶瓷學院、上海硅酸鹽研究所、上海材料所、江蘇陶瓷研究所等多間高等院校和研究機構的大力支持。

2018年，IACE CHINA的展覽規模將進一步擴大，與陶瓷有著相同制造技術與裝備的粉末冶金行業的供應商也將齊聚一堂。預計三個展會的展覽總面積將達到25,000平方米，展商總數將超過450家，國內外觀眾數量有望達到20,000人。


滲氮，就是將工件放在一定的滲氮劑中加熱和保溫，使滲氮劑中的活性原子氮滲入工件表層，以改變工件表面的化學成分、組織和性能的熱處理方法。國內外氮化工藝的發展進程主要分為以下幾個階段：

稀土催滲的快速氣體滲氮

在氣體滲氮過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小彌散的氮化物，改善滲氮后組織和質量。其中，脆性級別、氮化物級別和疏松級別都可控制到1級，并提高表面硬度（比常規工藝提高30～100HV）。

對于一般結構鋼滲層深度要求0.3mm時，采用常規滲氮工藝保溫時間需要30小時以上，但如果加入稀土催滲劑后，保溫時間僅用14小時，縮短時間53%，節電40%，省氮氣35%以上，同時少排放廢氣35%，整個滲氮周期縮短32.7%。
連續式氣體軟氮化及發黑處理

傳統的氣體氮化熱處理是在周期式井式爐或者箱式爐中進行的。對大型工件，這種設備及工藝能夠滿足生產需求，但對于中小工件，在這種爐中進行氣體氮化就容易出現加熱不均、滲層不均、硬度不均等問題。此外，由于周期式氮化效果不好，每一爐都有誤差，因此，大大增加了操作難度，并且不易所有批次工件的質量均勻一致。

該發明突破了傳統思維的缺點，創造性地將中小工件在連續爐中進行氣體氮化，解決了傳統周期式爐中氣體滲氮的諸多缺點，不但大大提高了產品滲氮后的質量和熱處理過程的一致性，且由于溫度和時間均可連續調整，使操作簡單易行并可成倍提高生產效率。

鹽浴氮化及QPQ復合處理

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，常用的氰化物鹽有氰化鈉和氰化鉀等，并僅適用于高速鋼工具。另外，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，其鹽浴含硫量不低于0.2%，再通入一定量的氨氣（NH3），促使鹽浴翻動。工藝參數是：溫度540℃～560℃，時間90～120分鐘。

1.鹽浴氮碳共滲方法

國外提出了鹽浴氮碳共滲的方法，包括軟氮化、Tenifer法；Tufftriding、新Tenifer法、Melonizing、Sulfinuz法、Sur-Sulf法等。國外的鹽浴碳氮共滲在含氰化物和氰酸鹽的熔鹽中進行，熔鹽中氰酸鹽的熱分解以及其他化學反應產生有擴散能力的氮，置于熔鹽中的鐵質工件表面和在氣體滲氮時一樣，起催化劑的作用。

2.QPQ鹽浴復合處理技術

中國的QPQ鹽浴復合處理技術，是“九五”期間推廣項目。QPQ一詞來源于英文Quench-Polish-Quench一詞的字頭縮寫，原意為淬火（快冷）—拋光—淬火（快冷），后有些學者把不加拋光工序的鹽浴復合處理和增加了拋光工序的QPQ技術結合起來，統稱為QPQ鹽浴復合處理技術。QPQ鹽浴復合處理技術有以下特點：

（1）良好的耐磨性、耐疲勞性能。大量生產應用及試驗證明，該技術可以提高工模具壽命2倍以上。嚴格的滾動和滑動磨損試驗說明，45鋼、40Cr鋼經QPQ鹽浴復合處理后，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。調質的45鋼經QPQ鹽浴復合處理以后疲勞強度提高40%。

（2）的抗蝕性。45鋼經QPQ鹽浴復合處理以后，在大氣和鹽霧試驗中的抗蝕性比發黑高70倍以上，比鍍硬鉻高16倍以上，甚至比1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼還高幾倍。

（3）極小的變形。QPQ鹽浴復合處理以后工件的尺寸和形狀幾乎無變化。在佳工藝狀態下，工件尺寸的脹縮量僅僅為0.005mm。工件形狀的變化也極小，如可以成功地使（508mm×457mm×1.5mm）2Cr13不銹鋼薄板處理后平面度在0.5mm以下。因此，該技術可以用來解決常規熱處理方法無法解決的硬化變形難題。

（4）大幅度節能。與常規熱處理技術相比，該技術處理溫度低、保溫時間短，可以大幅度節能。與滲碳淬火相比，可以節能50%以上。

（5）。該技術在大量生產條件下，經各地在生產現場實地檢測，各項環保指標均低于國家環保排放標準允許值。迪高沙公司曾因這項技術獲德國環保獎。

QPQ鹽浴復合處理技術的“復合”一詞說明它不是一種單一的技術。“復合”的概念體現在它是滲氮（氮碳共滲）和氧化工序的復合；在性能上，它是高耐磨性與高抗蝕性的復合；在工藝上，它是熱處理技術與防腐技術的復合。


鹽浴鈦氮化

早在20世紀70年代，為了改變氣體滲氮時間長、硬度不均等缺點，廣大的工程技術人員和車間工人投入了大量的精力和時間，研究了在氮化時加入電解鈦而使滲速加快、滲層加深的工藝，當時叫做鍍鈦氮化，并在一些產品上進行了試用，還對鈦氮化和普通氣體氮化、鹽浴氮化進行了對比試驗。

實際生產表明，鈦氮化能大大加快滲速，并使工件的硬度大大提高，從而大大提高了鉆頭、刀具、工具、模具的使用壽命。特別對于高速鋼制造的鉆頭和刀具等，既克服了其他氮化造成刀口脆性而降低使用壽命的缺點，又使壽命大大提高。試驗結果還指出，對于PVD鍍膜的鉆頭，鈦氮化后也能提高壽命14.5倍。

為了進一步查明鈦氮化的實質，還將預先拋光的38CrMoAl鋼金相試樣進行普通氮化和鈦氮化，隨后再進行拋光（約拋出0.02mm）制取二次碳復型，在國產DX-301電子顯微鏡下觀察獲得的氮化層電子顯微組織。

比較上述結果可以看出，與普通氮化一樣，鈦氮化除在α鐵基底上分布彌散小粒外，還存在白色條塊狀亮相，鈦－擴鈦氮化后的這種亮相的數量比鈦氮化大大增加，估計這種亮相與鈦有關。

當年的實踐證明，鈦氮化有以下特點：

，鈦氮化能在較短的時間內獲得較厚和較硬的氮化層。8小時鈦氮化的深度較60小時普通氮化的要深，表面硬度沒有差別；12小時鈦氮化有效硬化層（HV＞900）較60小時普通氮化層厚，表面硬度也高得多。尤其是40Cr鋼，8小時的鈦氮化，其硬度、深度和有效硬化層都超過60小時的普通氮化。

第二，鈦氮化工藝可用于任何鋼鐵零件，不于氮化鋼。除了38CrMoAl、42CrMo、40Cr、20Cr、20號鋼外，各種型號的不銹鋼、高速鋼、合金工具鋼、彈簧鋼及10號鋼、Y12鋼和球墨鑄鐵均可進行鈦氮化，并能獲得較滿意的結果。

第三，鈦氮化件有良好的耐沖擊性能和疲勞強度，耐熱性、耐腐蝕性能也好。經氮化處理的3Cr2W8鋼的熱鍛模、沖頭等，其使用壽命比用其他方法熱處理的要長。第四，鈦氮化處理所需時間短，并可在較低的溫度下處理，工件變形小，可節約加工費用，適于大量生產。近十年來，大連圣潔公司的工作人員繼續努力進一步試驗總結了鈦氮化的工藝，并在鉆頭、工具、模具等產品上進行了批量試驗，取得了較好的結果，并申報了兩項發明專利。


英國BODYCOTE和預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的鮑迪克國際PLC（）的子公司。該公司是從事熱處理加工和檢測的世界。鮑迪克集團無錫工廠的臥式預抽真空氣體軟氮化爐，在世界上也屬于的設備，該設備克服了傳統井式氣體氮化爐的各種缺點，不但可以降低成本，而且爐子的均勻性、穩定性、可控性和可調性都特別好，因此，加工出的產品能夠很好地達到汽車、航空工業高精技術標準要求，且一爐多用，氮化后還可以進行發黑處理。

法國HEF及舍舍夫（SURSULF）鹽浴表面滲氮處理技術

1.舍舍夫的性

舍舍夫（SURSULF）過程是HEF公司開發的一種表面處理技術，與其他滲氮工藝相比，它具有如下性：

（1）。整個過程幾乎，舍舍夫（SURSULF）爐中的氰根濃度低于0.8%，多數情況下，就像在Perkins，氰根濃度在0.4%～0.5%，目前在世界上是低的。其他相應過程，氰根濃度在2%～5%。因此，舍舍夫（SURSULF）過程在世界上被認為EnvironmentalFriendlyProcess”or“EnvironmentalAcceptableprocess”（“與環境友好的過程”或“環境可接受的過程”）。

（2）。與其他表面方法相比，工件有更高的耐疲勞強度、耐磨性、表面硬度和耐腐蝕性，以及更低的表面摩擦系數。與其他滲氮表面處理相比，其具有更好的工件表面外觀質量。原因之一是采用了連續自動濾渣、除渣系統，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構可根據K2S的量進行調節，滿足不同場合的要求，如解決磨損、點蝕和疲勞的問題，或解決咬合、粘著和拉傷問題。所以，具有的性能價格比。

（3）率。由于在鹽浴爐中加入了鋰（Li）等元素，使滲氮的潛力大幅度提高，在達到相同化合物厚度和擴散層厚度的條件下，其處理時間要大大減少，一般處理時間在30分鐘至120分鐘，化合層厚度可達10～30μm。

（4）。與氣體滲氮相比，工件變形極小，可以滿足要求的零部件要求。

（5）適應性強。可處理各種黑色金屬（鋼、鐵、鑄鐵、燒結鐵等）及形狀復雜的構件。

（6）使用方便。操作和維護都十分方便，爐子的清潔平均只要每周一次。

2.舍舍夫工藝技術與其他熱處理工藝技術的比較

與氣體碳氮工藝NITEMPER或其他同類氣體滲氮處理，如INDURE、TOUG-HNITE、BELL等，進行對比。氣體氮碳工藝通常是在加30%的氨氣的吸熱氣氛中進行，溫度在570℃，這些氣體滲氮的處理時間需要4至8小時，適用于所有鋼制工件，但導致處理工件變形。采用舍舍夫（SURSULF）工藝技術，則具有以下優勢：由于鹽的化學成份，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，不會對化合層造成污染）。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。另外，處理時間短，生產率高，并且投資少，不要求熟練操作工作。

查看全部介紹