专利名称：一种铸铁零部件的表面处理方法
技术领域：
本发明本发明涉及一种铸铁零部件的表面处理方法，可以提高零部件的耐磨损、 耐腐蚀、低摩擦系数。属于金属表面处理技术领域。
背景技术：
铸铁是指含碳量在2%以上的铁碳合金。工业用铸铁一般含碳量为2% 4%。碳在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。除碳外，铸铁中还含有 3% 的硅，以及锰、磷、硫等元素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。铸铁可分为1、灰口铸铁。含碳量较高O. 7% 4.0%)， 碳主要以片状石墨形态存在，断口呈灰色，简称灰铁。熔点低(1145 1250°C)，凝固时收缩量小，抗压强度和硬度接近碳素钢，减震性好。用于制造机床床身、汽缸、箱体等结构件。 2、白口铸铁。碳、硅含量较低，碳主要以渗碳体形态存在，断口呈银白色。凝固时收缩大，易产生缩孔、裂纹。硬度高，脆性大，不能承受冲击载荷。多用作可锻铸铁的坯件和制作耐磨损的零部件。3、可锻铸铁。由白口铸铁退火处理后获得，石墨呈团絮状分布，简称韧铁。其组织性能均勻，耐磨损，有良好的塑性和韧性。用于制造形状复杂、能承受强动载荷的零件。 4、球墨铸铁。将灰口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状，简称球铁。比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等。5、蠕墨铸铁。将灰口铸铁铁水经蠕化处理后获得，析出的石墨呈蠕虫状。力学性能与球墨铸铁相近， 铸造性能介于灰口铸铁与球墨铸铁之间。用于制造汽车的零部件。6、合金铸铁。普通铸铁加入适量合金元素(如硅、锰、磷、镍、铬、钼、铜、铝、硼、钒、锡等)获得。合金元素使铸铁的基体组织发生变化，从而具有相应的耐热、耐磨、耐蚀、耐低温或无磁等特性。用于制造矿山、化工机械和仪器、仪表等的零部件。通常铸铁的密度为7. 22g/cm3,密度不高，且铸造工艺容易产生微气孔或微裂纹， 给下一步要求表面耐磨或抗氧化、耐腐蚀的铸件表面处理带来质量隐患，如在常规铸铁零件上进行电镀硬铬、氮化、QPQ盐浴等表面工艺的质量问题都比较多。而传统的“渗氮”、“渗硫”、“渗铬”均只能单一进行，单一的渗层组织不仅渗层脆性大、容易剥落，也不能完全同时满足高寿命铸铁零件表面高硬度、耐腐蚀、降低摩擦系数、提高疲劳强度的要求，而且渗铬和液态渗氮属于液态渗，不能用于带盲孔和小孔的部件尤其是铸铁零件。
发明内容
本发明的目的，是为了提供一种铸铁零部件的表面处理方法，以提高铸铁部件的表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性能以及抗疲劳开裂的能力，降低铸铁的磨损率，减少表面缺陷和产生疲劳裂紋的倾向，提高铸铁部件的疲劳强度和抗蚀性能。本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到一种铸铁零部件的表面处理方法，其特征在于按以下步骤进行1)首先将待处理的铸铁零部件依次进行去脂、酸性活化、去离子水洗处理；
2)然后对该铸铁零部件进行烘干处理，去除表面的残留水；3)再接着对烘干后的铸铁零部件进行气体渗氮硫铬处理，使铸铁零部件的表面形成一层氮硫铬铁化合物的渗层组织结构，该渗层组织结构厚度为15 45微米；4)对步骤幻所得的铸铁零部件进行抛光处理，去除表面疏松层；5)对步骤4)所得的铸铁零件进行氧化处理，使铸铁零件的渗层组织结构表面覆盖一层致密氧化层。本发明的目的还可以通过采取如下技术方案达到本发明的一种实施方案是将步骤幻 5)重复二次或二次以上。优选重复2-3 次。本发明的一种实施方案是步骤幻中所述的气体渗氮硫铬处理是指在盐浴炉中采用气态的含硫铬络合物与氨气的混合气体进行处理，温度为480 650°C，时间为30 150mino在温度为480 650°C，气态硫铬络合物与氨气均离子化，很容易与铸铁零件形成氮硫铬铁化合物，而传统的“渗氮”、“渗硫”、“渗铬”均只能单一进行，单一的渗层组织不仅渗层脆性大、容易剥落，也不能完全同时满足高寿命铸铁零件表面高硬度、耐腐蚀、降低摩擦系数、提高疲劳强度的要求，而且渗铬和液态渗氮属于液态渗，不能用于带盲孔和小孔的部件尤其是铸铁零件。本发明的一种实施方案是所述含硫铬络合物为含硫化合物与含铬化合物的混合物，两者之间的质量比为99 1 1 99 ；或者是所述含硫铬络合物为硫酸铬铵、铬酰氯的二硫化碳溶液、硫酸铬铵甲酰胺溶液中的一种或二种以上的组合。本发明的一种实施方案是所述含硫化合物为硫醇(如=C2H5SH)、硫酚(如 C6H5SH)、硫醚(如=CH3-S-CH3)、二硫化物(如=CH3-S-S-CH3)、多硫化物(如=CH3-S-S-S-CH3) 中的一种或二种以上；含铬化合物为硫酸铬铵、乙酸亚铬或硫酸铬铵和乙酸亚铬的组合物。本发明的一种实施方案是步骤3)中所述的渗层组织结构从外到内依次为致密化合物层、白亮层、扩散层，白亮层为硬度高达Hva #00 750的硬表面，白亮层硬表面的外面覆盖厚度为1 5 μ m的含有氧化物、氮化物、铬化物或硫化物的致密化合物层，或者含有氧化物、氮化物、铬化物和硫化物中任意二种或二种以上的组合物的致密化合物层。致密化合物层具有特殊的耐腐蚀、低摩擦系数。同时白亮层下面的扩散层可以提高材料的疲劳强度，提高了抗疲劳开裂的能力。本发明的一种实施方案是步骤4)中所述的抛光处理为喷沙或喷丸处理。在气体渗氮硫铬后进行喷沙或喷丸处理，可去掉化合物层外面的疏松层，提高工件的耐磨性，同时使工件表面产生了与工作时受力方向相反的预应力，提高工件的疲劳强度。本发明的一种实施方案是步骤5)中所述的氧化处理温度为300°C 400°C，时间为IOmin 60min。在喷沙后进行氧化处理，不仅降低了工件的表面粗糙度，使其外观变得更加光滑，减少了铸铁零件与对偶件之间的摩擦，使相对滑动性更为良好，还大大提高了化合物层中的含氧量，从而进一步提高工件的抗蚀性能。本发明的一种实施方案是处理后的铸铁零件的表层形成厚度为15 45微米、硬度高达Ηναι600 1300的超硬表面组织层。本发明的有益效果
1、本发明所述对铸铁零件进行表面处理的方法通过对铸铁零件进行气体渗氮硫铬处理，铸铁零件的表层形成厚度为15 45 μ m、硬度为Hvtl. #00 750的多元超硬氮硫铬铁化合物覆盖致密的氧化层，大大提高了铸铁零件的耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳的能力，降低了铸铁的磨损率，减少了表面缺陷和产生裂紋的倾向；使铸铁在工作时不容易产生粘附、 咬合等现象，使硬度、强度、韧性、耐磨性、耐疲劳强度、抗粘合性等性能达到使用所需要的最佳配合，从而大大提高了铸铁的使用寿命。而传统的“渗氮”、“渗硫”、“渗铬”均只能单一进行，单一的渗层组织不仅渗层脆性大、容易剥落，也不能完全同时满足高寿命铸铁零件表面高硬度、耐腐蚀、降低摩擦系数、提高疲劳强度的要求，而且渗铬和液态渗氮属于液态渗， 不能用于带盲孔和小孔的部件尤其是铸铁零件。2、通过本发明处理的铸铁零件，按照《JB/T渗硼层显微组织、硬度及层深检测方法》进行测试，硬度可达Hvtl.#00 750，同时本发明也可以用于熔铸机加工部件，而传统的渗氮渗硫等表面改性很难达到该硬度，或者达到该硬度因为太脆而使零件失效。3、本发明使铸铁产品的表面硬度、耐磨性、抗腐蚀性和耐疲劳性同时大幅度提高； 可取代渗碳淬火、高频淬火、离子渗氮、软氮化、调质多种工艺；取代易变形件的淬火等常规热处理和表面强化技术，以提高金属表面硬度和耐磨、耐疲劳性能，特别是用来解决硬化变形难题；可用来取代发蓝、镀硬铬、镀装饰铬、镀镍、镀锌、硫化、等常规表面处理工艺，大幅度提高零件的抗蚀性，大大降低生产成本；取代多道工序用本工艺进行一次处理，可以取代淬火一回火一发黑三道工序，或取代渗碳-淬火-回火-镀硬铬四道工序。根据产品的不同性能要求，质量稳定，操作简便。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明的铸铁表面处理方法作进一步详细描述，以下所列实施例为本发明的非限定性实施例，有关铸铁材料成分配比和本发明工艺参数可在允许的范围进行调整，这种调整对本发明没有实质性影响。通过本发明处理的铸铁零件，按照《JB/T渗硼层显微组织、硬度及层深检测方法》 进行测试，硬度可达Hva #00 750，同时本发明也可以用于熔铸机加工部件，而传统的渗氮渗硫等表面改性很难达到该硬度，或者达到该硬度因为太脆而使零件失效。具体实施例1 本例的制品采用普通灰口铸铁材料，密度为7. 2g/cm3，在该零件上进行本发明的表面处理。脱脂去污处理采用市售杜邦化学的RR-60高效清洗剂，在25 40°C，超声波清洗 3 15min ；酸洗活化处理采用市售杜邦化学的RR-602活化剂，25 40°C，超声波清洗5 IOmin ；水洗均在常温去离子水进行；然后上红外烘箱，温度220 340°C，时间1小时。然后进行气体渗氮硫铬处理，即在盐浴炉中采用硫铬的气态络合物与氨气的混合气体，带入炉内；气体渗氮硫铬处理的温度为560°C，时间为50min ；出炉冷却后进行喷丸处理；最后进行氧化处理温度为350°C，处理时间为120min ；经上述表面处理后在铸铁表面形成35 μ m左右厚度的氮硫铬铁组织层，在渗氮组织层表面覆盖有氧化层，铸铁的表面硬度在Hvtl. #50 700。本实施例中硫铬的气态络合物是指含硫的化合物与含铬化合物的混合物，两者
5之间的质量比为60 40 ；其中含硫化合物为硫醇、硫酚的组合物；含铬化合物为硫酸铬铵。具体实施例2 本实施例的特点是硫铬的气态络合物是指含硫的化合物与含铬化合物的混合物，两者之间的质量比为80 20 ；其中含硫化合物为硫醇、硫酚、二硫化物的组合物；含铬化合物为乙酸亚铬。其他与具体实施例1相同。具体实施例3 本例的制品采用普通球墨铸铁材料，密度为7. 3g/cm3，在该零件上进行本发明的表面处理。脱脂去污处理采用市售杜邦化学的RR-60高效清洗剂，在25 40°C，超声波清洗 3 15min ；酸洗活化处理采用市售杜邦化学的RR-602活化剂，25 40°C，超声波清洗5 IOmin ；水洗均在常温去离子水进行；然后上红外烘箱，温度220 340°C，时间1小时。然后进行气体渗氮硫铬处理，即在盐浴炉中采用硫铬的气态络合物与氨气的混合气体，带入炉内；气体渗氮硫铬处理的温度为540°C，时间为120min ；出炉冷却后进行喷丸处理；最后进行氧化处理温度为350°C，处理时间为120min ；经上述表面处理后在铸铁表面形成40 μ m左右厚度的氮硫铬铁组织层，在渗氮组织层表面覆盖有氧化层，铸铁的表面硬度在Hvtl. #90 740。本实施例中硫铬的气态络合物是指含硫的化合物与含铬化合物的混合物，两者之间的质量比为40 60;其中含硫化合物为硫醇；含铬化合物为硫酸铬铵和乙酸亚铬的组合物。具体实施例4 本实施例的特点是硫铬的气态络合物是指含硫的化合物与含铬化合物的混合物，两者之间的质量比为20 80 ；其中含硫化合物为硫醇、硫酚、硫醚、二硫化物的组合物； 含铬化合物为硫酸铬铵。其他与具体实施例3相同。具体实施例5 本例的制品采用普通可锻(冷硬)铸铁材料，密度为7. 4g/cm3，在该零件上进行本发明的表面处理。脱脂去污处理采用市售杜邦化学的RR-60高效清洗剂，在25 40°C，超声波清洗 3 15min ；酸洗活化处理采用市售杜邦化学的RR-602活化剂，25 40°C，超声波清洗5 IOmin ；水洗均在常温去离子水进行；然后上红外烘箱，温度220 340°C，时间1小时。然后进行气体渗氮硫铬处理，即在盐浴炉中采用硫铬的气态络合物与氨气的混合气体，带入炉内；气体渗氮硫铬处理的温度为580°C，时间为70min ；出炉冷却后进行喷丸处理；最后进行氧化处理温度为350°C，处理时间为120min ；经上述表面处理后在铸铁表面形成45 μ m左右厚度的氮硫铬铁组织层，在渗氮组织层表面覆盖有氧化层，铸铁的表面硬度在Hvtl. JOO 750。本实施例中硫铬的气态络合物是指含硫的化合物与含铬化合物的混合物，两者之间的质量比为1 99 ；其中含硫化合物为硫醇、硫酚、硫醚、二硫化物和多硫化物的组合物；含铬化合物为硫酸铬铵、乙酸亚铬的组合物。具体实施例6 本实施例的特点是硫铬的气态络合物是指含硫的化合物与含铬化合物的混合物，两者之间的质量比为99 1 ；其中含硫化合物为硫醇、硫酚的组合物；含铬化合物为硫酸铬铵。其他与具体实施例5相同。具体实施例7 本例的制品采用普通麻口铸铁材料，密度为7. 3g/cm3，进行本发明的表面处理。脱脂去污处理采用市售杜邦化学的RR-60高效清洗剂，在25 40°C，超声波清洗 3 15min ；酸洗活化处理采用市售杜邦化学的RR-602活化剂，25 40°C，超声波清洗5 IOmin ；水洗均在常温去离子水进行；然后上红外烘箱，温度220 340°C，时间1小时。然后进行气体渗氮硫铬处理，即在盐浴炉中采用硫铬的气态络合物与氨气的混合气体，带入炉内；气体渗氮硫铬处理的温度为520°C，时间为40min ；出炉冷却后进行喷丸处理；最后进行氧化处理温度为350°C，处理时间为120min ；经上述表面处理后在零件表面形成30 μ m左右厚度的氮硫铬铁组织层，在渗氮组织层表面覆盖有氧化层，表面硬度在Hva #60 710。本实施例中所述含硫铬络合物为硫酸铬铵、铬酰氯的二硫化碳溶液、硫酸铬铵甲酰胺溶液的组合。具体实施例8 本实施例的特点是所述含硫铬络合物为硫酸铬铵、铬酰氯的二硫化碳溶液的组合。其他与具体实施例7相同。具体实施例9 本实施例的特点是所述含硫铬络合物为硫酸铬铵。其他与具体实施例7相同。具体实施例10 本实施例的特点是所述含硫铬络合物为铬酰氯的二硫化碳溶液。其他与具体实施例7相同。具体实施例11 本实施例的特点是所述含硫铬络合物为含硫化合物与含铬化合物的混合物，两者之间的质量比为50 50 ；所述含硫化合物为硫醇、硫酚、硫醚、二硫化物和多硫化物中的组合物；含铬化合物为硫酸铬铵和乙酸亚铬的组合物。其他与具体实施例7相同。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种铸铁零部件的表面处理方法，其特征在于按以下步骤进行1)首先将待处理的铸铁零部件依次进行去脂、酸性活化、去离子水洗处理；2)然后对该铸铁零部件进行烘干处理，去除表面的残留水；3)再接着对烘干后的铸铁零部件进行气体渗氮硫铬处理，使铸铁零部件的表面形成一层氮硫铬铁化合物的渗层组织结构，该渗层组织结构厚度为15 45微米；4)对步骤幻所得的铸铁零部件进行抛光处理，去除表面疏松层；5)对步骤4)所得的铸铁零件进行氧化处理，使铸铁零件的渗层组织结构表面覆盖一层致密氧化层。
2.根据权利要求1所述的一种铸铁零部件的表面处理方法，其特征是将步骤幻 5) 重复二次或二次以上。
3.根据权利要求1或2所述的一种铸铁零部件的表面处理方法，其特征是步骤3)中所述的气体渗氮硫铬处理是指在盐浴炉中采用气态的含硫铬络合物与氨气的混合气体进行处理，温度为480 650°C，时间为30 150min。
4.根据权利要求3所述的一种铸铁零部件的表面处理方法，其特征是所述含硫铬络合物为含硫化合物与含铬化合物的混合物，两者之间的质量比为99 1 1 99;或者是所述含硫铬络合物为硫酸铬铵、铬酰氯的二硫化碳溶液、硫酸铬铵甲酰胺溶液中的一种或二种以上的组合。
5.根据权利要求4所述的一种铸铁零部件的表面处理方法，其特征是所述含硫化合物为硫醇、硫酚、硫醚、二硫化物和多硫化物中的一种或二种以上；含铬化合物为硫酸铬铵、 乙酸亚铬或硫酸铬铵和乙酸亚铬的组合物。
6.根据权利要求1或2所述的一种铸铁零部件的表面处理方法，其特征是步骤3) 中所述的渗层组织结构从外到内依次为致密化合物层、白亮层、扩散层，白亮层为硬度高达 Hv0^eOO 750的硬表面，白亮层硬表面的外面覆盖厚度为1 5μπι的含有氧化物、氮化物、铬化物或硫化物的致密化合物层，或者含有氧化物、氮化物、铬化物和硫化物中任意二种或二种以上的组合物的致密化合物层。
7.根据权利要求1或2所述的一种铸铁零部件的表面处理方法，其特征是步骤4)中所述的抛光处理为喷沙或喷丸处理。
8.根据权利要求1或2所述的一种铸铁零部件的表面处理方法，其特征是步骤5)中所述的氧化处理温度为300°C 400°C，时间为IOmin 60min。
9.根据权利要求1或2所述的一种铸铁零部件的表面处理方法，其特征是处理后的铸铁零件的表层形成厚度为15 45微米、硬度高达Hva #00 1300的超硬表面组织层。
全文摘要
本发明涉及一种铸铁零部件的表面处理方法，即首先对铸铁零部件进行气体氮、硫、铬多元共渗，使铸铁零部件表面形成15～45μm、硬度为Hv0.1600～750的氮硫铬铁化合物的致密渗层组织；然后对其进行表面抛光处理；最后对铸铁零部件进行低温氧化形成一层致密的氧化层。本发明由于化合物渗层组织是多元超硬氮硫铬铁化合物覆盖致密的氧化层，使铸铁零部件具有优良的耐磨损、耐腐蚀、耐高温性能，大幅度降低了摩擦系数，抗咬死能力数量级提高，显著提高铸铁零部件的工作质量和使用寿命。
文档编号C23C12/02GK102234757SQ20111018951
公开日2011年11月9日 申请日期2011年7月7日 优先权日2011年7月7日
发明者刘卫林, 王超, 雷宇 申请人:佛山华研力合表面技术有限公司, 广东华南家电研究院