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工件 碳氮共渗工艺

阅读：320发布：2020-05-12

专利汇可以提供工件碳氮共渗工艺专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种工件碳氮共渗工艺，属于金属材料表面处理领域。本发明采用等离子无氢渗碳法对钛合金的表面进行碳氮共渗处理，该方法以氩气和氮气的混合气为载气，控制混合气的工作压力在0.1Pa～30Pa，且随着碳氮共渗工艺的进行使混合气的工作压力逐渐减小；所述氩气和氮气的体积比为3～4:6～7，且随着碳氮共渗工艺的进行使混合气中氮气的比例逐渐增大。该方法通过控制载气氩气在真空炉内的分压及混合气体中氮气的含量，从而控制渗碳的速率，是的各厚度处的渗碳层具有相同的强度，进而提升整个渗碳表面的强度。，下面是工件碳氮共渗工艺专利的具体信息内容。

权利要求

1.工件碳氮共渗工艺，其特征在于：所述碳氮共渗工艺是在钛合金上进行碳氮共渗的工艺，所述工艺在等离子渗碳真空炉中进行，具体为：
以钛合金作为工件极，工件极的电压为400～500V，工件极的碳氮共渗温度为950～
1100℃；
以石墨为源极，源极的电压为850～1000V；
以氩气和氮气的混合气为载气，控制混合气的工作压力在0.1Pa～30Pa，且随着碳氮共渗工艺的进行使混合气的工作压力逐渐减小；所述氩气和氮气的体积比为3～4:6～7，且随着碳氮共渗工艺的进行使混合气中氮气的比例逐渐增大；
碳氮共渗时间为至少1h。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：以氩气和氮气的混合气为载气，控制混合气的工作压力在1Pa～30Pa，且随着碳氮共渗工艺的进行使混合气的工作压力逐渐减小；所述氩气和氮气的体积比为3～4:6～7，且随着碳氮共渗工艺的进行使混合气中氮气的比例逐渐增大；
碳氮共渗时间为至少3h。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于：以氩气和氮气的混合气为载气，控制混合气的初始工作压力为30Pa，碳氮共渗工艺结束时混合气工作压力为1Pa，碳氮共渗时间为
6h，在碳氮共渗过程中匀速降低混合气的工作压力；所述氩气和氮气的体积比初始为3:7，碳氮共渗工艺结束时所述氩气和氮气的体积比为4:6，在碳氮共渗过程中匀速增大氮气的比例。
4.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于：以氩气和氮气的混合气为载气，控制混合气的初始工作压力为25Pa，碳氮共渗工艺结束时混合气工作压力为1Pa，碳氮共渗时间为
4h，在碳氮共渗过程中匀速降低混合气的工作压力；所述氩气和氮气的体积比初始为3:7，碳氮共渗工艺结束时所述氩气和氮气的体积比为3.5:6.5，在碳氮共渗过程中匀速增大氮气的比例。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述钛合金为TiAl合金。
6.利用权利要求1所述工艺制得的钛合金，其特征在于：所述钛合金表面碳氮共渗层为
200～500微米，渗碳层的硬度为8100～9520MPa。

说明书全文

工件 碳氮共渗工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及一种工件碳氮共渗工艺，属于金属材料表面处理领域。

背景技术

[0002] 以钛为基体加入其他合金元素组成的合金称作钛合金。钛合金是一种新型结构材料，它具有优异的综合性能，如密度小，比强度和比断裂韧性高，疲劳强度和抗裂纹扩展能力好，低温韧性良好，抗蚀性能优异。因此，其在航空、航天、化工、造船等工业部门获得日益广泛的应用，发展迅猛。由于钛及其合金的优异抗蚀性能，良好的力学性能，以及合格的组织相容性，其还特别适用于制作假体装置等生物材料。同时，钛合金具有密度低、比强度高、抗腐蚀性能好、工艺性能好等优点，是较为理想的航天工程结构材料。然而，钛合金的工艺性能差，切削加工困难，在热加工中，非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。还有抗磨性差，生产工艺复杂。

[0003] 为了提高钛合金表面的抗磨性能，目前可采用碳氮共渗技术对钛合金的表面进行表面处理，然而目前的碳氮主要采用甲烷、氨气等气体作为碳源，易发生“氢脆”现象。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种工件碳氮共渗工艺，以解决上述“氢脆”问题。

[0005] 一种工件碳氮共渗工艺，所述碳氮共渗工艺是在钛合金上进行碳氮共渗的工艺，所述工艺在等离子渗碳真空炉中进行，具体为：

[0006] 以钛合金作为工件极，工件极的电压为400～500V，工件极的碳氮共渗温度为950～1100℃；

[0007] 以石墨为源极，源极的电压为850～1000V；

[0008] 以氩气和氮气的混合气为载气，控制混合气的工作压力在0.1Pa～30Pa，且随着碳氮共渗工艺的进行使混合气的工作压力逐渐减小；所述氩气和氮气的体积比为3～4:6～7，且随着碳氮共渗工艺的进行使混合气中氮气的比例逐渐增大；

[0009] 碳氮共渗时间为至少1h。

[0010] 本发明所述“等离子渗碳真空炉”可商业购得。

[0011] 进一步地，以氩气和氮气的混合气为载气，控制混合气的工作压力在1Pa～30Pa，且随着碳氮共渗工艺的进行使混合气的工作压力逐渐减小；所述氩气和氮气的体积比为3～4:6～7，且随着碳氮共渗工艺的进行使混合气中氮气的比例逐渐增大；

[0012] 本发明一个优选的实施方案为：

[0013] 以钛合金作为工件极，工件极的电压为400～500V，工件极的碳氮共渗温度为950～1100℃；

[0014] 以石墨为源极，源极的电压为850～1000V；

[0015] 以氩气和氮气的混合气为载气，控制混合气的初始工作压力为30Pa，碳氮共渗工艺结束时混合气工作压力为1Pa，碳氮共渗时间为6h，在碳氮共渗过程中匀速降低混合气的工作压力；所述氩气和氮气的体积比初始为3:7，碳氮共渗工艺结束时所述氩气和氮气的体积比为4:6，在碳氮共渗过程中匀速增大氮气的比例。

[0016] 本发明另一个优选的实施方案为：

[0017] 以钛合金作为工件极，工件极的电压为400～500V，工件极的碳氮共渗温度为950～1100℃；

[0018] 以石墨为源极，源极的电压为850～1000V；

[0019] 以氩气和氮气的混合气为载气，控制混合气的初始工作压力为25Pa，碳氮共渗工艺结束时混合气工作压力为1Pa，碳氮共渗时间为4h，在碳氮共渗过程中匀速降低混合气的工作压力；所述氩气和氮气的体积比初始为3:7，碳氮共渗工艺结束时所述氩气和氮气的体积比为3.5:6.5，在碳氮共渗过程中匀速增大氮气的比例。

[0020] 本发明优选所述钛合金为TiAl合金。

[0021] 本发明的另一目的是提供利用上述工艺制得的钛合金。

[0022] 一种表面碳氮共渗的钛合金，所述钛合金表面碳氮共渗层为200～500微米，渗碳层的硬度为8100～9520MPa。

[0023] 本发明的有益效果为：本发明采用等离子无氢渗碳法对钛合金的表面进行碳氮共渗处理，该方法以钛合金作为工件极，工件极的电压为350～400V，工件极的渗碳温度为900～1000℃；以石墨为源极，源极的电压为750～900V；以氩气和氮气的混合气为载气，控制混合气的工作压力在0.1Pa～30Pa，且随着碳氮共渗工艺的进行使混合气的工作压力逐渐减小；所述氩气和氮气的体积比为3～4:6～7，且随着碳氮共渗工艺的进行使混合气中氮气的比例逐渐增大。该方法通过控制载气氩气在真空炉内的分压及混合气体中氮气的含量，从而控制渗碳的速率，使得各厚度处的渗碳层具有相同的强度，进而提升整个渗碳表面的强度。

具体实施方式

[0024] 下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

[0025] 下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

[0026] 实施例1

[0027] 工件碳氮共渗工艺，所述碳氮共渗工艺是在钛合金上进行碳氮共渗的工艺，所述工艺在等离子渗碳真空炉中进行，具体为：

[0028] 以TiAl合金作为工件极，工件极的电压为400V，工件极的碳氮共渗温度为950℃；

[0029] 以石墨为源极，源极的电压为950V；

[0030] 以氩气和氮气的混合气为载气，控制混合气的初始工作压力为30Pa，碳氮共渗工艺结束时混合气工作压力为1Pa，碳氮共渗时间为6h，在碳氮共渗过程中匀速降低混合气的工作压力；所述氩气和氮气的体积比初始为3:7，碳氮共渗工艺结束时所述氩气和氮气的体积比为4:6，在碳氮共渗过程中匀速增大氮气的比例。

[0031] 所述钛合金表面碳氮共渗层为500微米，渗碳层的硬度为9520MPa。

[0032] 实施例2

[0033] 工件碳氮共渗工艺，所述碳氮共渗工艺是在钛合金上进行碳氮共渗的工艺，所述工艺在等离子渗碳真空炉中进行，具体为：

[0034] 以TiAl合金作为工件极，工件极的电压为450V，工件极的碳氮共渗温度为1000℃；

[0035] 以石墨为源极，源极的电压为1000V；

[0036] 以氩气和氮气的混合气为载气，控制混合气的初始工作压力为25Pa，碳氮共渗工艺结束时混合气工作压力为1Pa，碳氮共渗时间为4h，在碳氮共渗过程中匀速降低混合气的工作压力；所述氩气和氮气的体积比初始为3:7，碳氮共渗工艺结束时所述氩气和氮气的体积比为3.5:6.5，在碳氮共渗过程中匀速增大氮气的比例。

[0037] 所述钛合金表面碳氮共渗层为330微米，渗碳层的硬度为8510MPa。

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