一種化學熱處理用有機稀土催滲劑的製作方法

2023-05-31 05:56:11 1

專利名稱：：一種化學熱處理用有機稀土催滲劑的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種化學熱處理用有機稀土催滲劑
背景技術：
：金屬製品的表面化學熱處理是通過熱滲透碳氮等元素改變金屬材料的表面相結構，從而改善材料的表面機械性能、抗腐蝕性能，已經成為一些金屬材料製品的必要工序，像汽車底盤、軸承、齒輪、活塞銷、鏈條、履帶、工具等等。但是表面熱處理能耗高、工序持續時間長，因此可利用催滲技術加速化學熱處理過程，降低能耗。稀土是一種活性很強的元素，在滲碳過程中使用稀土，一般認為稀土有四個方面的作用一是對爐氣作用的優化。在還原性氣氛中稀土可以有效的加強對滲碳劑的裂解作用，提高CH4以及CO含量。二是對工件的表面清潔作用。稀土的活性與鐵相比要活潑的多，在爐氣中產生的稀土離子可以還原工件表面的氧化鐵，產生新生態鐵，起到清潔工件表面的功效。三是增加碳擴散速度。碳在稀土原子的周圍容易形成聚集，在一定的條件下聚集在稀土周圍的高碳濃度更容易向內部躍遷擴散，增大碳的擴散速度，使滲速增加。四是改善表面內氧化，減少非馬氏體組織。當然，稀土也被用於其他熱處理方面，如滲氮、碳氮共滲或RE、N、C、O、S和B多元共滲等方面，效果普遍較為明顯。八十年代初，哈爾濱工業大學開始研究稀土催滲技術，後來，山東工業大學、合肥工業大學等許多研究單位都進行過稀土催滲的研究，經生產實踐證明，在化學熱處理中引入稀土催滲劑，可以改善金相組織，提高熱處理速度，使工件的機械性能大幅度提高。1985年，哈爾濱工業大學申請的專利(CN85100594)"稀土、碳、氮三元共滲，稀土、碳二元共滲化學滲劑及配方"，採用混合氯化稀土溶於甲醇，氯化銨溶於甲醯胺和尿素使其飽和，兩溶液混合即得到，其中兩元稀土共滲劑不添加含氮物質。1988年哈爾濱工業大學申請的專利(CN1039069)"固液稀土化學熱處理催滲劑及配置方法"採用稀土的氯化、氟化、硝酸、碳酸鹽類和其他化學試劑製備的催滲劑。山東工業大學申請的專利(CN1072733A)"稀土催滲離子滲氮新技術",提出採用含La和Ce的混合稀土進行催滲氮的思路。早期，普遍偏重於採用無機稀土化合物作為催滲劑。但無機稀土鹽類在使用過程中有嚴重堵管道的現象，阻礙了稀土催滲劑在熱處理方面的應用。因此，國內還開發了採用有機稀土作為催滲劑的方法，山東工業大學申請的專利(CN871010329)提出採用稀土有機金屬化合物，如羧酸稀土、環烷酸稀土配製稀土催滲劑。2005年，哈爾濱意鋒稀土材料開發有限公司申請的專利"有機稀土化學熱處理催滲劑及其應用"為解決稀土氯化物在使用中極易發生堵塞滴管故障的問題，發明的有機稀土催滲劑主要組成8~12%稀土元素、5~8%四氯乙烯、1~4°/。茂稀土、異丁酸銨0~30%、異構酸和異構醇餘量，可用於配製滲碳及碳氮共滲催滲劑。或者由下述成分組成8~12%稀土元素、5~8%四氯乙烯、1~4%茂稀土、異丁酸銨20-30%、異構酸和異構醇餘量，可用做滲碳、碳氮共滲、滲氮、氮碳共滲或Re、N、C、0、S、B多元共滲。據報導，該催滲劑可以較好地解決無機催滲劑的堵塞管路問題，但是該稀土催滲劑的組分比較複雜。目前，無機催滲劑存在活性較低、堵塞管道嚴重的問題，而有機催滲劑雖然解決了管道堵塞問題。但是配方複雜、裂解溫度較高，活性也較低，加入量多等問題。
發明內容本發明的目的是提供一種用於金屬製品的表面化學熱處理催滲劑，具有活性高、裂解溫度低、配方簡單、不堵塞管道等優點，可降低熱處理溫度，加速化學熱處理過程，從而實現節能的目的，並提高表面化學熱處理產品的機械性能和整體合格率，同時拓展稀土在金屬材料加工領域的應用範圍為達到本發明的目的採取了如下技術方案實現本發明的化學熱處理用有機稀土催滲劑，其成分含有茂稀土和二茂鐵。本發明的化學熱處理用有機稀土催滲劑中茂稀土和二茂鐵的重量比為0.01_99.9。本發明的化學熱處理用有機稀土催滲劑，所述茂稀土中的稀土元素包含La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y和Sc中的一種或兩種以上按照任意比例的混合物，其中優選La、Ce、Pr、Nd、Sm、Y中的一種或兩種以上按照任意比例的混合物。本發明的化學熱處理用有機稀土催滲劑，主要成分為40wt%-85wty。茂稀土和二茂鐵、以及尿素和黃血鹽中的至少一種，並採用澱粉和/或糖漿作為粘結劑製備成固體催滲劑。本發明的化學熱處理用有機稀土催滲劑，可以為液體，它含有茂稀土和二茂鐵，還含有四氯化碳或四氯化碳和醇類的混合物。本發明的液體的有機稀土催滲劑中茂稀土和二茂鐵的含量為98wt%-2wt%,四氯化碳或四氯化碳和醇類的混合物含量為2wt%-98wt%。本發明的液體有機稀土催滲劑中醇類為甲醇、乙醇、丁醇、異丁醇、丙醇、異丙醇中的一種以上，其與四氯化碳的體積比為0.01-100。本發明的化學熱處理用有機稀土催滲劑劑為液體，含有茂稀土和二茂鐵，還含有羧酸稀土、環烷酸稀土、異丁酸銨、異構酸和異構醇中的一種或兩種以上。其中茂稀土和二茂鐵的含量為4wt%-70wt%。本發明的化學熱處理用有機稀土催滲劑可用於滲碳、滲氮、碳氮共滲或RE、N、C、O、S、B中的至少兩種元素的共滲。特別適用於REFe、REFeB、REFeN、RECo和NiH合金的滲碳、滲氮、碳氮共滲或RE、N、C、O、S、B中的至少兩種元素的共滲。本發明所採用茂稀土和茂鐵作為催滲劑的主要成分，配方簡單，可以製備成固體和液體兩種形式的催滲劑，應用廣泛。本發明具有如下優點1、通過茂稀土和二茂鐵的協同作用，不僅可以提高催滲速度和降低催滲溫度，而且明顯改善滲層脆性、提高滲層的耐磨性、接觸疲勞和彎曲疲勞壽命，安全可靠，產品質量穩定；2、大大降低熱處理過程中的能量消耗，提高熱處理速度25%-50%，能耗降低30-55%;3、適用性強，可用於固態催滲和液態催滲領域；4、採用有機茂化合物作為催滲劑主成分，其裂解溫度較低，可解決熱處理過程中堆塞管道的問題。圖la:—種熱處理曲線圖圖lb:另一種熱處理曲線圖圖la中，l為加熱曲線，圖lb中，2為加熱曲線具體實施例方式實施例1按照重量百分比甲醇為40wt。/。、四氯化碳為56wt。/。(甲醇與四氯化碳的體積比為1.43),二茂鐵為0.4wt%,茂稀土為3.6wty。(茂稀土和二茂鐵的含量為4%,茂稀土和二茂鐵的含量比為9),將上述材料混合配製成催滲劑，所述的茂稀土中稀土元素為混合物，稀土元素配分為98wt。/。的Ce,2wt。/。的La。將稀土催滲劑溶於煤油和甲醇混合液中，保證稀土含量為1.0%,在爐內86(TC下採用滴注法催滲方式在工件熱處理過程中進行低溫滲碳應用，催滲結果見表2。工件熱處理過程條件熱處理設備60kw井式滲碳爐；熱處理工件齒輪軸，材料為20CrMnTi;滲碳要求滲碳層深0.8—1.3mm;表面硬度58—63HRC。實施例2按照重量百分比甲醇和乙醇1:1的混合物共為50wt%,四氯化碳為1.0wt%(醇類與四氯化碳的體積比為100)，二茂鐵為0.5wt%，茂稀土為48.5wt。/。(茂稀土和二茂鐵的含量為49%,茂稀土和二茂鐵的含量比為97),將上述材料混合配製成催滲劑，其中所採用的稀土元素配分為75wt%的Ce和25wt%的La。催滲試驗同實施例l,催滲結果見表2。實施例3按照重量百分比甲醇和乙醇混合物共為30wt%，四氯化碳為15wt%(醇類與四氯化碳的體積比為4),二茂鐵為13wty。，茂稀土為32wt。/。(茂稀土和二茂鐵的含量為45%,茂稀土和二茂鐵的含量比為2.46),將上述材料混合配製成催滲劑。稀土元素的成份如表1所示。催滲試驗同實施例l，催滲結果見表2。表1稀土元素配分wt%tableseeoriginaldocumentpage7實施例4按照重量百分比將30wt。/。的黃血鹽、6wt。/。的二茂鐵、64wt。/。的茂稀土(茂稀土和二茂鐵的含量為70%，茂稀土和二茂鐵的含量比為10.07),用澱粉和糖漿作為粘結劑製備成固體催滲劑。稀土元素為99.99%的純Y。催滲試驗同實施例1,催滲結果見表2。表2釆用有機稀土催滲劑條件下滲碳層厚度和熱處理時間關係tableseeoriginaldocumentpage7實施例5將30wt。/。的尿素、30wt。/。的黃血鹽、30wt。/。的二茂鐵，10wt。/。的茂稀土(茂稀土和二茂鐵的含量為40%,茂稀土和二茂鐵的含量比為0.33),用澱粉和糖漿作為粘結劑製備成固體催滲劑。稀土元素為99.5wt。/。的Sm,其他稀土元素為0.5wt%。釆用此固體催滲劑進行碳氮共滲，所釆用的處理工藝主要參數為工件材料40Cr;裝爐量500公斤；碳勢1.25%;設備多用碳氮共滲爐，熱處理溫度曲線如下圖la、圖lb,熱處理結果如表3所示。表3熱處理效果比較tableseeoriginaldocumentpage8本例表明釆用本發明的有機稀土催滲劑，可以降低熱處理溫度和熱處理時間，降低熱處理能耗，同時，由於熱處理滲碳過程中溫度降低，可減少由於長時間高溫熱處理產生的公差尺寸與形狀畸變，整體提高產品的精度，並大幅提高產品合格率。實施例6按照重量百分比6wt。/。的二茂鐵、64wt。/。的茂稀土(茂稀土和二茂鐵的含量為70%,茂稀土和二茂鐵的含量比為10.07)、15%羧酸稀土和15%環烷酸稀土構成催滲劑，其中稀土元素為99.9n/。的純Sm。將稀土催滲劑用煤油和甲醇混合液稀釋，稀釋液中稀土含量為0.8%,在爐內84(TC下採用滴注法催滲方式在工件熱處理過程中進行低溫滲碳應用，催滲結果見表3。工件熱處理過程條件熱處理設備60kw井式滲碳爐；熱處理工件齒輪軸，材料為20CrMnTi;實施例7按照重量百分比40wt。/。的二茂鐵、15wt。/。的茂稀土(茂稀土和二茂鐵的含量為7%,茂稀土和二茂鐵的含量比為2.7),15%羧酸稀土和30%異構醇構成催滲劑，其中稀土元素為99.9。/。的純Nd。催滲試驗同實施例6，催滲結果見表3。表3釆用有機稀土催滲劑條件下滲碳層厚度和熱處理時間關係tableseeoriginaldocumentpage8權利要求1、一種化學熱處理用有機稀土催滲劑，其特徵在於，有機稀土催滲劑含有茂稀土和二茂鐵。2、根據權利要求1所述的化學熱處理用有機稀土催滲劑，其特徵在於，有機稀土催滲劑中茂稀土和二茂鐵的重量比為0.01-99.9。3、根據權利要求1所述的化學熱處理用有機稀土催滲劑，其特徵在於，茂稀土中稀土元素包含La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y和Sc中的一種或兩種以上按照任意比例的混合物，其中優選La、Ce、Sm、Nd、Pr、Y元素中的一種或兩種以上按照任意比例的混合物。4、根據權利要求1或2所述的化學熱處理用有機稀土催滲劑，其特徵在於，它含有40wt。/。-85wt。/。的茂稀土和二茂鐵，以及尿素和黃血鹽中的至少一種，釆用澱粉和/或糖漿作為粘結劑製備成固體催滲劑。5、根據權利要求l或2所述的化學熱處理用有機稀土催滲劑，其特徵在於，這種有機稀土催滲劑為液體，它含有茂稀土和二茂鐵，還包含有四氯化碳或四氯化碳和醇類的混合物。6、根據權利要求5所述的化學熱處理用有機稀土催滲劑，其特徵在於，有機稀土催滲劑中茂稀土和二茂鐵的含量為98wt%-2wt%,四氯化碳或四氯化碳和醇類的混合物含量為2wt%-98wt%。7、根據權利要求5或6所述的有機稀土催滲劑，其特徵在於，醇類包括甲醇、乙醇、丁醇、異丁醇、丙醇、異丙醇中的一種以上，其與四氯化碳的體積比例為0.01到100。8、根據權利要求l或2所述的化學熱處理用有機稀土催滲劑，其特徵在於，這種有機稀土催滲劑為液體，它含有茂稀土和二茂鐵，還含有羧酸稀土、環烷酸稀土、異丁酸銨、異構酸和異構醇中的一種或兩種以上。9、根據權利要求5或8所述的化學熱處理用有機稀土催滲劑，其特徵在於，有機稀土催滲劑中茂稀土和二茂鐵的含量為4wt%-70wt%。全文摘要本發明涉及一種化學熱處理用有機稀土催滲劑，本發明提供一種用於金屬製品的表面化學熱處理催滲劑，它具有活性高、裂解溫度低、配方簡單、不堵塞管道等優點。本發明的催滲劑通過茂稀土和茂鐵的協同作用，不僅可以提高催滲速度和降低催滲溫度，而且明顯改善滲層脆性、提高滲層的耐磨性、接觸疲勞和彎曲疲勞壽命，安全可靠，產品質量穩定；大大降低熱處理過程中的能量消耗，提高熱處理速度25％-50％，能耗降低30-55％；採用茂稀土和茂鐵的混合物作為催滲劑主成分，其裂解溫度較低，可解決熱處理過程中堆塞管道的問題；可用於固態催滲和液態催滲領域。文檔編號C23C8/00GK101560637SQ20081010423公開日2009年10月21日申請日期2008年4月17日優先權日2008年4月17日發明者崔大立,張順利,彭新林,李紅衛,韓業斌,黃小衛,龍志奇申請人:北京有色金屬研究總院;有研稀土新材料股份有限公司