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1、10申请公布号CN104141104A43申请公布日20141112CN104141104A21申请号201310165582422申请日20130508C23C8/3820060171申请人北京师范大学地址100875北京市海淀区新街口外大街19号72发明人薛文斌金乾王彬金小越吴杰刘润杜建成华铭54发明名称一种用于钢铁表面快速等离子体电解碳氮共渗的溶液及碳氮共渗方法57摘要一种用于钢铁表面快速等离子体电解碳氮共渗的电解液及碳氮二元共渗方法，是属于钢铁表面处理技术领域。溶液组分按质量百分比计算，电解液配比为甲酰胺1530，乙醇胺2040，甘油1025，氯化钠510，去离子水1045。在等离子体。
2、电解碳氮共渗溶液中，将钢铁样品放入溶液并作为阴极，石墨作为阳极，在室温条件下对两极施加电压至150V450V，处理1MIN10MIN，即可得到厚度为15M150M，硬度为600HV900HV的碳氮共渗层。钢铁经过等离子体电解碳氮共渗处理后硬度比不锈钢基体提高34倍，磨损率降为不锈钢基体的1/141/26，摩擦系数也明显下降。本发明的电解液及等离子体电解碳氮共渗工艺大幅度提高了钢铁的抗摩擦磨损性能。液相等离子体电解碳氮共渗工艺简单、渗层生长效率高、工件不变形、无后处理、成本低廉。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页。
3、附图1页10申请公布号CN104141104ACN104141104A1/1页21一种用于钢铁表面快速等离子体电解碳氮共渗的电解液，溶液组分按质量百分比计算，电解液配比为甲酰胺1530，乙醇胺2040，甘油1025，氯化钠510，去离子水1045。2利用权利要求1所述的溶液对钢铁进行液相等离子体电解碳氮共渗的方法，其特征在于在等离子体电解碳氮共渗溶液中，将钢铁样品放入并作为阴极，石墨作为阳极，在室温条件下对两极施加电压至150V450V，处理1MIN10MIN，即可在钢铁样品表面得到厚度为15M150M，硬度为600HV900HV的碳氮共渗层。权利要求书CN104141104A1/3页3一种用。
4、于钢铁表面快速等离子体电解碳氮共渗的溶液及碳氮共渗方法技术领域0001本发明涉及钢铁表面处理技术领域，特指一种等离子体电解碳氮二元共渗的溶液和方法，经处理的钢铁材料可提高其耐磨性能。背景技术0002为了提高钢铁零件的疲劳强度、耐磨性及抗蚀能力。传统的气体碳氮共渗、真空碳氮共渗和离子碳氮共渗技术已经成为化学热处理技术中比较普及的工艺。气体碳氮共渗，真空碳氮共渗的基本原理是把钢件加热到较高温度一般是900950，通入碳、氮组分，通过控制碳势、氮势，利用碳氮元素的扩散效应从而实现表面强化。但是这两种方法生产周期很长，一般需要几个小时的处理时间，工件处理后表面易形成一层脆性层，使用时容易产生脆性剥落，。
5、而且处理过程在高温环境下进行，可能会导致钢件的变形，而离子碳氮共渗需要在低真空条件下的真空室内进行。专利CN2009100447071、018236820和CN2008100677793分别叙述的是一种气体碳氮共渗方法、在减压的真空炉内对工件进行碳氮共渗的方法和对工件进行离子渗氮或离子碳氮共渗的方法。0003液相等离子体电解快速碳氮共渗是一种新型的钢铁表面改性技术。该技术在特定的电解液中，工件作为阴极，石墨作为阳极。随着施加电压的升高，工件表面产生大量的气体，形成了使电解液和电极表面分离的气体隔离层，达到击穿电压后，气体层发生击穿反应，气泡破裂，火花放电出现，形成厚度达35MM的稳定放电层，火。
6、花浓度和电压成正比。产生的等离子体中含有大量碳、氮活性粒子，在高电场、流体动力等作用下，轰击钢铁表面，并在局部高温高压、高浓度的作用下使碳、氮离子向金属内部扩散。在几分钟的时间内即可获得高硬度、耐磨、耐蚀的碳氮共渗层，同时由于电解液的冷却作用，工件变形小。这些特征使得钢铁等离子体电解快速碳氮共渗工艺具有重要的应用价值。发明内容0004本发明提供一种新型环保的钢铁液相等离子体电解快速碳氮共渗的电解液及工艺方法。它是在特定的电解液中进行，工件整体受热轻微。利用本发明可以在几分钟的时间内在钢铁表面成功制备均匀致密的碳氮共渗层，渗层与基体结合紧密，硬度明显提高，抗磨损性能较好。本发明处理时间短，节能环。
7、保，设备简单，工件变形小，无需后处理，该电解液几乎适合所有型号钢材的碳氮共渗表面处理。0005以下对本发明方法作进一步描述，具体如下0006本发明所述用于钢铁表面等离子体电解碳氮共渗的电解液组分及各组分质量百分比为甲酰胺1530，乙醇胺2040，甘油1025，氯化钠510，去离子水1045。0007在上述溶液中对钢铁表面等离子体电解碳氮共渗的方法如下将钢铁样品放入溶液里并作为阴极，石墨作为阳极。在室温条件下对两极施加电压至150V450V，处理说明书CN104141104A2/3页41MIN10MIN，即可得到厚度为15M150M，硬度为600HV900HV的碳氮共渗层。0008本发明能在几分。
8、钟的时间内在钢铁表面成功制备较厚的碳氮共渗层，渗层均匀致密，与钢基体结合紧密，硬度显著提高，抗磨损性能较好。本发明的优势为效率高，工件变形小，不需要去除钝化膜，处理时间短，设备简单。渗层硬度可达600HV900HV，并适合各种型号的钢材。附图说明0009附图1为AISI304不锈钢等离子体电解碳氮共渗层截面的扫描电镜照片。具体实施方式0010结合本发明技术方案提供以下实施例0011实施例10012样品为AISI304不锈钢，表面硬度为218HV。往电解槽中加入6800ML甲酰胺、6500ML乙醇胺和3500ML甘油，将甲酰胺、乙醇胺和甘油混合均匀。往另一只容器中加入10L去离子水，并放入250。
9、0G氯化钠，不断搅拌，直到完全溶解。将配制好的氯化钠水溶液加入到甲酰胺、乙醇胺和甘油有机溶液中，将AISI304不锈钢样品放入配制的液相等离子体电解液中，以AISI304不锈钢样品作为阴极，石墨作为阳极，加电压至320V，进行碳氮共渗处理5MIN，即可得到厚度为70M，最大硬度达到697HV的碳氮共渗层，将此工件记为S1。0013实施例20014样品为AISI304不锈钢，表面硬度为218HV。往电解槽中加入5000ML甲酰胺、6000ML乙醇胺和3000ML甘油，将甲酰胺、乙醇胺和甘油混合均匀。往另一只容器中加入10L去离子水，并放入1500G氯化钠，不断搅拌，直到完全溶解。将配制好的氯化钠。
10、水溶液加入到甲酰胺、乙醇胺和甘油有机溶液中，将AISI304不锈钢样品放入配制的液相等离子体电解液中，以AISI304不锈钢样品作为阴极，石墨作为阳极，加电压至360V，进行碳氮共渗处理5MIN，即可得到厚度为100M、最大硬度达到765HV的碳氮共渗层，将此工件记为S2。0015实施例30016样品为AISI304不锈钢，表面硬度为218HV。往电解槽中加入5000ML甲酰胺、8500ML乙醇胺和3600ML甘油，将甲酰胺、乙醇胺和甘油混合均匀。往另一只容器中加入10L去离子水，并放入1800G氯化钠，不断搅拌，直到完全溶解。将配制好的氯化钠水溶液加入到甲酰胺、乙醇胺和甘油有机溶液中，将AI。
11、SI304不锈钢样品放入配制的液相等离子体电解液中，以AISI304不锈钢样品作为阴极，石墨作为阳极，加电压至400V，进行碳氮共渗处理5MIN，即可得到厚度为120M，最大硬度达到846HV的碳氮共渗层，将此工件记为S3。0017实施例40018对实施例1制得的AISI304不锈钢样品工件S1进行如下的性能测试，测试结果如表1所示。00191碳氮共渗层厚度测量0020切割S1样品并用电木粉镶样，打磨抛光后，使用型号为HITACHIS4800扫描电子显微镜观察碳氮共渗层的截面形貌，并测量渗层的厚度，取五个点的平均值作为渗层的厚度值。说明书CN104141104A3/3页500212显微硬度00。
12、22使用HX1000TM维氏显微硬度计测量S1试样截面碳氮共渗层五个点的硬度，取平均值得到等离子体电解碳氮共渗层的显微硬度。00233摩擦系数0024用砂纸将S1样品表面疏松层打磨掉后，使用HT1000摩擦磨损试验机对样品进行常温下的摩擦磨损实验。选择直径5MM的GCR15球作为摩擦副，并设定转速为每秒300转，磨痕直径D为10MM，载荷G为1000G，摩擦持续时间T为10MIN，最后得到S1样品表面的摩擦系数，该系数为平均值。00254磨损率0026利用北京时代TR200粗糙度测量仪测量上述3中得到的S1样品磨痕形貌，计算出磨痕的宽度，深度和截面积S，并由公式VS/300TG计算出磨损速率V。
13、，以此来判断渗层的耐磨性能。0027实施例560028按照实施例4的方法对实施例2和实施例3处理得到的S2和S3样品进行性能测试，结果如表1所示。0029实施例70030按照实施例4的方法对未经等离子体电解碳氮共渗处理的AISI304不锈钢基体进行性能测试，以便对比分析钢铁试样在经等离子体电解碳氮共渗处理前后的性能差异。结果如表1所示。0031表1不同溶液配比及不同电压对AISI304不锈钢基体进行等离子体电解碳氮共渗处理的性能测试结果00320033表1为本发明实施例在不同溶液配比及不同电压条件下对AISI304不锈钢基体进行等离子体电解碳氮共渗处理的性能测试结果。从表1可知，本实施例中的电解液及等离子体电解碳氮共渗工艺方法对AISI304不锈钢进行表面处理后，显微硬度升高到原来的34倍，磨损率降为钢基体的1/141/26，摩擦系数明显下降。因此，本发明的电解液及等离子体电解碳氮共渗工艺可以大幅度提高钢铁的抗摩擦磨损性能，从而可以延长钢铁材料的使用寿命。0034上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。说明书CN104141104A1/1页6图1说明书附图CN104141104A。