辉光离子氧氮化工艺提高27SiMn材料表面耐磨蚀性能对比研究

辉光离子氧氮化工艺提高27SiMn材料表面耐磨蚀性能对比研究

李春英

(中煤邯郸煤机公司工艺所,河北邯郸056004)

摘󰀁要:通过对采用辉光离子氧氮化工艺的27SiMn材料试验,研究了辉光离子氧氮化工艺在27SiMn材料的防腐性能、耐磨性能、微观组织和硬度、工件的变形方面与传统液体电镀工艺的对比,试验

结果表明,离子氧氮化防蚀耐磨工艺技术先进,防腐蚀效果比液体镀铬好,且工艺生产简便,工艺生产成

本低,对环境无污染。

关键词:辉光离子氧氮化;27SiMn;耐磨蚀性能;对比结果中图分类号:TG178󰀁󰀁文献标志码:B

StudyofComparisonofSurfaceAbrasionCapabilityUsingSurfaceIonitridingProcessing

TechnologytoImprove27SiMnMaterialPropertiesLIChunying(CraftGraduateSchool,ChinaCoalHandanCoalMiningMachineryCo.,Ltd,Handan056004,China)Abstract:Throughthetestbyusingsurfaceionitridingprocessingtechnologyto27SiMnmaterials,westudiedthecor󰀁rosionresistance、frictionofresistance、microstructureandrigidityof27SiMnmaterials、aspectsofthespecimendeformationandtheadvancednatureoftheliquidcomparedwiththetraditionalplating.Theexperimentalresultsofthesurfaceprovedthatthesurfaceionitridingprocessingtechnologyisanadvancedcorrosionresistanttechnologyandit󰀂scorrosionresistanceisbetterthanthatofliquidchrome.Especiallytheprocessofproductionissimple,processingcostislowandnopollutionontheenvironments.Keywords:Surfaceionitridingprocessing,27SiMn,Abrasionperformance,Contrastresult

󰀁󰀁煤矿机械由于受煤矿所在地质和环境的影响,

腐蚀现象比较严重,而且大多在井下作业,环境比露

天采掘要恶化复杂。不仅有大气污染腐蚀(采矿废气、燃煤废气),还有大量的煤矿污水和各种酸、碱性

腐蚀及化学腐蚀、电腐蚀等,严重地危害着煤矿机械的使用寿命,是安全生产的重大隐患,是节约资源降

低成本的巨大障碍。煤矿机械组件和工程机械的液压缸中,绝大部分为金属材料,其中相当一部分材质

为27SiMn,为了提高液压缸的防腐耐磨性能,在设计上基本全部采用的是传统的煤矿机械组件防腐工

艺,即采用铜锡合金或乳白铬打底,再镀硬铬的电镀

工艺。

1󰀁传统电镀工艺与辉光离子氧氮化工艺的

比较

󰀁󰀁大量反馈的统计资料表明,传统的电镀工艺存

在着以下缺点:

1)在防腐工艺上:传统的电镀工艺严重污染环境,所以许多企业不能上电镀厂,只有外委加工,核

心技术掌握在别人的手中;2)在环境污染方面:由于电镀所有的原料全部

是化工产品,对人的身体造成很大的伤害,同时排放

的废气和废水对环境污染严重。在提倡节能减排的今天,更引起各方面的重视;3)在生产成本上:由于工序繁琐,电镀的生产成本高;

4)在耐磨蚀方面:传统的电镀工艺有15%左右的零件在使用中由于电镀工艺所导致的孔蚀、线蚀

和电镀层的结合强度不够而造成组件失效,且硬度为240~280HB之间,用硫酸铜点滴,在35~45

min后出现黑斑点。辉光离子氧氮化是在脉冲离子氮化的基础上引

入多热源均温加氧PECAD技术,选用程序电脉冲

型离子氧氮化炉对组件进行耐磨蚀处理。离子氮化是在真空中进行,因而可以获得无氧化的加工表面,

也不会损害被处理工件的表面光洁度。具有如下优点:

1)由于是在低温下进行处理,被处理工件的变形量极小。可以将试件先加工到尺寸再处理,不用

考虑镀层余量;2)在耐磨蚀方面:经辉光离子氧氮化耐磨蚀工

艺处理的煤机组件其硬度 500HV,渗氮层厚度 0󰀂3mm,且PECAD层和基体界面连接良好,无空

隙、疏松,致密均匀,无内应力。用硫酸铜点滴,在70min出现黑斑点。经离子渗碳的工件可获得较

好的耐磨性、耐腐蚀性;

3)在生产成本上,省去了热处理工艺,用离子氧氮化工艺替代液体电镀。减少了工序,且渗涂剂!63!∀新技术新工艺#!热加工工艺技术与材料研究󰀁2010年󰀁第10期NH3、CO、O2易得,使用安全,价格低廉,降低了生产成本;

4)没有有害气体和废水排放,对环境无任何污

染。基于以上的论述,现将辉光离子氧氮化、传统的

防腐工艺的试件对比论述如下。

2󰀁试件的制作和离子氧氮化处理

离子氧氮化试件的简图如图1所示。

图1󰀁离子氧氮化试样简图将加工好的63油缸外圆磨削达到表面粗糙度

要求,再切割成H分别为5mm、10mm、20mm、30mm、40mm各2段,端面磨削后作为试样。

将试样分4组(20件),采用离子氧氮化硬氧工

艺和软氧工艺,按照不同的加热温度、保温时间、压升率、炉压等不同的技术参数分别进行离子氧氮化

处理。

3󰀁试验结果与分析

3󰀂1󰀁微观组织和硬度

3󰀂1󰀂1󰀁离子氧氮化渗层的微观组织和硬度

渗层的微观组织图见图2,X射线衍射图见图3

。󰀁󰀁试验结果如下:

1)硬度检测氧氮化层硬度为68󰀂7~69󰀂4HRA,相当于363~372HV;

2)XRD试验结果表明,渗层由Fe3C、Fe8N、

Fe2O3、Fe2C等组成;3)渗层和基体界面连接良好,无空隙、疏松;渗

层厚度为15~22󰀁m。

3󰀂1󰀂2󰀁传统电镀件的硬度指标表1󰀁传统电镀件的硬度指标

指标锌镍合金镀铬铜锡合金表面硬度(HB)238,244242220,2213󰀂2󰀁尺寸检测记录(见表2)表2󰀁试样离子氧氮化处理前后尺寸比较mm处理前处理后处理前处理后

试件1试件2端面5(+0󰀂035,+0󰀂025)5(+0󰀂045,+0󰀂04)5+0󰀂0310(+0󰀂35,+0󰀂14)10(+0󰀂36,+0󰀂35)10+0󰀂35

外圆80(+0󰀂01,-0󰀂03

80(+0󰀂11,+0󰀂06)80(+0󰀂11,+0󰀂2)80(+0󰀂01,-0󰀂03)

80(+0󰀂01,-0󰀂01)80(+0󰀂01,-0󰀂07)

内孔63(+0󰀂13,+0󰀂1)

63(+0󰀂07,+0󰀂03)63(+0󰀂10,+0󰀂17)63(+0󰀂04,+0󰀂04)

63(+0󰀂1,+0󰀂08)63(+0󰀂04,+0󰀂52)

试件3试件4

端面30(-0󰀂015,-0󰀂02)

30(+0󰀂015,-0󰀂01)30󰀂0840(+0󰀂27,+0󰀂26)40󰀂33

外圆80(+0󰀂045,+0󰀂025)

80(+0󰀂045,-0󰀂06)80(+0󰀂09,+0󰀂05)80(-0󰀂025,-0󰀂03)80(+0󰀂01,+0󰀂05)

内孔63+0󰀂08

63+0󰀂0863󰀂1263+0󰀂0863󰀂13

!64!∀新技术新工艺#!热加工工艺技术与材料研究󰀁2010年󰀁第10期3󰀂3󰀁硫酸铜点滴试验硫酸铜点滴溶液配方为:五水硫酸铜4g/L;

0󰀂1mol/L的盐酸13mL;氯化钠35g/L。

将硫酸铜溶液滴到经等离子体氧氮化处理和经电镀处理的27SiMn样品表面,经等离子体氧氮化

处理的样品在1h30min后,表面没有太大变化。

而经电镀锡青铜的样品表面20s就出现锈斑,

变得不光亮;电镀锌镍合金的样品23min时出现锈斑,不光亮。

3󰀂4󰀁盐酸浸泡试验

盐酸浓度36%~38%,将辉光离子氧氮化试件

(以试件2为例)放入即产生气泡,表面变为灰白色。而传统电镀的镍锌合金试件滴上即产生气泡,镀铬

件没有变化,铜锡合金试件1min内变黑。

由以上试验结果对比可知:1)表面硬度:离子氧氮化试件硬度超越电镀件;

2)经离子氧氮化处理后的试件,尺寸变化范围

为0~0󰀂04mm;

3)硫酸铜点滴:离子氧氮化试件表面开始变化时间长于电镀件;

4)盐酸试验:离子氧氮化试件发生变化时间与

镍锌合金试件相同

4󰀁结语

辉光离子氧氮化工艺在提高27SiMn材料表面

耐磨蚀性能上具有十分显著的优势:1)离子溅射清理工件表面油污杂物、锈斑、尖刺等;

2)辉光一致、厚薄均匀可控,渗涂层致密。涂

镀层基体结合强度也高;3)通过轰击晶格变化和晶间通道渗氮深入基

材表层,获得的渗涂层与基材结合牢固不会剥落;因

沉积的温度高,涂镀层基体结合强度也高;

4)渗涂剂NH3、CO、O2易得,使用安全且价格低廉,工艺成本低;

5)离子氧氮化工艺生产无环境污染;

6)离子氧氮化防蚀耐磨工艺技术先进,防腐蚀

效果比液体镀铬好。经辉光离子氧氮化工艺处理的27SiMn材料部

分外表面有色差,部分氧化严重,对耐腐蚀及耐磨性

有影响,需进一步研究和提高。

参考文献

[1]樊东黎.热加工工艺规范[M].北京:机械工业出版社,2003.[2]曾化梁.电镀工艺手册[M].北京:机械工业出版社,2001.

作者简介:李春英(1968󰀁),女,机械工程师,主要从事液压缸生产的新工艺、新措施的研究。收稿日期:2010年5月14日

责任编辑󰀁王亚昆

机床工具进出口上半年增速未达金融危机前水平

据海关统计,2010年上半年,机械工业进出口总额2350󰀂76亿美元,同比增长39󰀂6%。其中进口

1165󰀂08亿美元,同比增长47󰀂01%;出口1185󰀂68亿美元,同比增长33󰀂01%。进出口贸易顺差20󰀂6亿美

元。机床工具行业进出口89󰀂58亿美元,同比增长33󰀂3%,已连续6个月双增长。其中进口64󰀂85亿美元,

同比增长33󰀂94%;出口24󰀂73亿美元,同比增长31󰀂64%。进出口贸易逆差40󰀂12亿美元,比上年同期逆差增加8󰀂8亿美元。

上半年,金属加工机床进口4󰀂15万台,价值39󰀂07亿美元,金额同比增长24󰀂28%;出口7󰀂76亿美元,

同比增长19󰀂68%。其中数控机床进口8358台,价值16󰀂06亿美元,金额同比增长7󰀂23%;出口9129台,

价值1󰀂99亿美元,金额同比增长50󰀂49%;加工中心进口13573台,价值13󰀂97亿美元,金额同比增长74󰀂41%;出口388台,价值2736󰀂87万美元,金额同比下降14󰀂47%;组合机床进口297台,价值7011󰀂34

万美元,金额同比下降56󰀂19%;出口1332台,价值420󰀂7万美元,金额同比下降13󰀂69%。

上半年进出口情况显现出3个特点:一是全行业出口虽然增长较多,但仍未达到2008年金融危机前的同期水平。与其同期相比,2010年上半年出口比2008年上半年出口(27󰀂25亿美元)少2󰀂52亿美元,因此仍