[其他]稀土、碳、氮三元共滲劑及配制方法

無效

• 申請號: 85100594
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100594B
• 公開（公告）日: 1988-09-07
• 發明（設計）人: 韋永德
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C23C12/02
• 分類號: C23C12/02;C23C8/28
• 代理公司: 哈爾濱工業大學專利事務所
• 代理人: 黃錦陽

稀土、碳、氮三元共滲化學滲劑是用化學熱處理的方法在鋼件表面進行稀土、碳、氮三元共滲采用的催化活化劑。

碳氮共滲工藝目前已廣泛應用于動力機械、化工機械以及汽車、拖拉機齒輪、軸與軸承等耐磨、耐疲勞零部件的生產。但由于目前所采用常見的碳、氮共滲滲劑，使得該工藝仍然存在著生產周期長、能源消耗大、工藝效果不穩定等缺點。

本發明的目的是要采用化學處理的方法通過固-氣界面對金屬表面擴滲稀土元素。同時利用稀土元素所特有的化學活性，加速碳、氮共滲過程中擴滲的動力學過程，從而起到對碳氮共滲過程的活化催化作用。

稀土應用于金屬材料工業，已經引起國內外的密切關注。稀土加入鋼中，可以改善鋼的多方面性能。例如對于結構鋼，可以顯著提高鋼的韌塑性。對齒輪鋼、軸承鋼、彈簧鋼。可以顯著提高鋼的耐磨性能和疲勞強度。此外，對鋼的高溫性能、抗氧化性能、抗腐蝕性能的改善和提高，均有良好的效果。上述諸方面在生產中已經得到了廣泛的應用。

但是，在目前的情況下，稀土的應用，基本上是通過冶金過程實現的。即把稀土元素作為合金元素或變質元素，在熔煉或鑄造時加入金屬之中。采用化學熱處理的方法，通過固-氣界面對金屬表面擴滲稀土元素，就目前所掌握的資料來看，尚無報道。

從理論上分析，根據金屬學中固溶關系的尺寸因素，按鋼球模型，稀土的原子半徑比鐵大25%，是不能滲入鋼中的。然而，對于一個存在有H、O、N、C等典型非金屬元素的多組元，且能相互作用的復雜體系中，由于原子之間的極化作用，勢必導致原子體積的改變。以稀土元素La為例，按其原子的金屬共價半徑（配位數12）值為1.877，當極化為100%的離子態時，其半徑值為1.061，而當離子性程度為60%時，其半徑則可減小至1.277，此值與Fe的原子共價半徑1.210相近。由此可見，按金屬學中剛球模型的尺寸因素來討論和決定溶劑與溶劑原子的固溶關系，是不確切的和不全面的，而應從已經變化了的尺寸因素，來考慮原子間的擴滲行為和固溶規律。

從熱力學的角度來看，由于稀土具有突出的化學活性，它與許多非金屬元素自由焓的增量均為較大的負值，化學親和力較強。據此如能將稀土擴滲于金屬表面，則可以作為微合金化的一種活性組元，期望得到與冶金過程相仿的良好作用。稀土擴滲于金屬表面可以設想它形成了許多活性中心，而使氣相中的C、N元素易于進行吸附并破壞C、N原子在各自化合物中的化學鍵（如C-H，N-H）從而起到了對C、N共滲過程的催化，活性、和稀土本身的微合金化。

本發明的要點在于配制了一種化學滲劑，該化學滲劑是由普通工業用混合氯化稀土、甲醇、尿素和化學純甲酰胺、氯化銨等成份組成，以甲醇作為主要溶劑，普通工業用混合氯化稀土如冶金部標準YB1513-77的RecL₃-1。

該化學滲劑的配制方法為（1）在1000毫升的甲醇中加入8-20克的混合氯化稀土。（2）在500毫升的甲酰胺中加入10-20克的氯化銨，再加尿素至溶液飽和。（3）將上述與（1）與（2）混溶。

采用本發明所配制的化學滲劑對08鋼，GCr15、20CrMrMo、12CrNi₃、18CrMnTi等鋼進行稀土、碳、氮三元共滲，在其工藝條件與常規的碳氮共滲工藝相近的情況下，在實驗室條件下取得了較系統的數據以及提高金屬表面性能的良好結果。通過掃描電鏡能譜儀測試表明：1、稀土不僅富集于晶界，在晶內也有所發現。從目前稀土在冶金過程的研究中，鋼中晶內存在稀土的試驗，尚未見報道。這項研究結果，對于稀土在鋼中存在的形式以及固溶機理的研究，提供了新的實驗數據，具有重要的理論意義和實用價值。2、稀土對表層C、N含量的影響。根據我們對20鋼，稀土與C、N共滲后表面0.1mm內剝層試驗分析結果表明，稀土可使表層C、N含量有所增加，經離子探針測試，也證實了相同條件下稀土可以提高表層C、N含量，而且N的增加更為顯著（上海材料研究所試驗報告編號3-30681年11月13日）。3、稀土對08鋼、12CrNi3.18CrMnTi碳氮共滲動力學過程的催化活化有顯著的作用。4、對金相組織性能的影響。從試驗結果看，對18CrMnTi滲入2h后，即可獲得優良的金相組織，細小顆粒，分充均勻;對于12CrNi₃明顯改善了碳化物的形貌，如不加稀土的表面，表層碳化物沿奧氏體晶界析出，呈不規則的大塊狀，加稀土后則呈彌散分布。對18CrMnTi經長期共滲，加入稀土的碳化物向內延伸較深。