电离渗氮不锈钢板及其制造和使用方法

专利名称：电离渗氮不锈钢板及其制造和使用方法
技术领域：
本发明涉及压力场合中使用的电离渗氮钢板，更具体来说，涉及一种改进的耐用的具有高质量微观光洁度的电离渗氮不锈钢压板和在耐磨装饰层压板生产中的使用的上述压板的制造方法。
装饰层压板的制造已经历了一系列改进，用户对装饰层压板的耐划伤，刮伤，擦伤及磨损的性能要求越来越高。最近人们对生产这种耐磨装饰层压板，特别是高压装饰层压板的努力包括在层压板表面内加入极硬的不同粒度的氧化铝颗粒。过去，某些装饰层压板所使用的配方包括在液态树脂中重量占百分之一的六微米的颗粒和在液态树脂中重量占百分之零点五的十五微米颗粒，但是现在产品所用配方一般包括在液态树脂中重量占百分之九的高达三十微米的颗粒，这样做之所以必要是为了满足用户对层压板耐磨性的要求。
生产装饰层压板用的压板在整体几何形状上有些独特。压板是用各种等级的钢，特别是不锈钢制成的，是矩形横截面的平板，往往有较大的纵向和横向尺寸，例如，纵向尺寸16英尺，横向尺寸5英尺那样大。具有如此大表面积的压板，只有大约八分之一英寸厚。
在抛光的状况下，由于具有极为均匀平整的表面，压板呈镜面样的外观，消除了微小的不均匀性。在压板抛光的情况下，压板的微观光洁度可由观察在其表面上反映的影象，检验反映的影象的光学误差来确定。
由机械喷砂或化学腐蚀其平表面或用上述两种方法而制成的具有某种组织结构的压板通常比抛光压板光泽差，因此，评价其质量的主要方法通常是仪表光泽度测量而不是视觉反映，不过也可用视觉检查测出某些缺陷。仪表光泽度测定一般是由层压板制造商根据用户的要求而采用的，使用的是ISO(国际标准组织)或NEMA(国家电子制造商联合会)标准。层压板光泽度水平又直接与用来生产层压板的压板的光泽度有关。压板的光泽度越大，压板的磨损越明显。
压板的大平表面要用来使纤维素支承的粘性树脂基体具有良好的表面光洁度，因此压板必须没有翘曲。翘曲一般有两种形式。第一种是在整个纵向或横向尺寸上出现的弓形。只要在压床的压力下(一般为6.9至11.0N/mm2)压板能呈现接近于完好平面的形状，这种有节制的弓形是可以接受的。第二种翘曲是局部变形和弯曲，压板相对于假想理想平面的相对高度呈现变化。由于第二种翘曲在压床压力下往往不能得到自我校正，因而往往导致层压板外观缺陷及压板的划伤，所以第二种翘曲是完全不可接受的。由应力释放或不平均受热引起的这两种翘曲往往会在用普通的手段硬化压板的过程中出现。
因此，在压床两侧，对于形成和保持光滑的微观光洁度和无翘曲的整个平面所要求的制造精度水平是要求很严格的。例如，压板一般用于夹层结构中，夹层具有两种层压浸有树脂的纸夹在其间，面向相反的方向，然后将夹入的层压材料和压板的复合层，装入一台压床，以进行热硬化和加压固化。如果压板上有过度的第一种翘曲或任何第二种翘曲，以及表面光洁度有缺陷，那么在制成的装饰层板板外观就会有明显的严重缺陷。
然而，过去为改进装饰层压板的耐磨性而使用氧化铝颗粒，既便使用了较小的粒度和浓度，也会损坏为制造装饰层压板而迄今采用的普通压板的表面光洁度。
配方中的颗粒和压板表面间的相互物理作用会造成微小的划伤，导致较低的光泽度，模糊，严格的点状组织磨损，有时还造成金属磨耗。另外，由于压板的表面微观光洁度关系到层压板成品的总体表面光洁度，例如，关系到能否形成装饰层压板的高光泽度或花纹表面光洁度，因而对压板表面微观光洁度的任何划伤都会使压板不能使用，并往往要求重新磨光损伤的压板，这要花费很大的费用，或最后被报废。
使用较大表面硬度的压板的努力没有产生从技术和经济上来说是可行的方案。普通的抛光不锈钢压板在有任何粒度的氧化铝颗粒存在时只要经过一次压制就会产生不可接受的严重的微观划伤。花纹的不锈钢压板也容易受到氧化铝颗粒的微观划伤。虽然看上去不明显，但是由于其低得多的初始光泽度和固有的花纹结构，抛光的压板上会产生光泽度的逐渐变劣和花纹结构的损坏，特别是在使用于较大的粒度和浓度的情况下，这就需要经常进行再光制。
如果这种不锈钢压板用的普通的热处理方法硬化，压板会变得太脆，可能出现应力裂纹，会产生严重的翘曲问题。镀铬钢压板在经过不多压制过程后，也会产生严重的微观划伤。曾有人采用过在不锈钢板上镀铬和后烘干的无电镍沉积，但是并没有满意地解决硬粒产生的微观划伤和压板磨损的问题。另外，用于抛光压板的磨光和抛光操作或用于花纹压板的喷砂光制操作容易不均匀地除掉薄的镀层，而再次在表面上镀层又要花费很大的成本。使用更大粒度的硬粒，和增大硬粒浓度的配方的趋势只会加剧上述问题。
至今为止，人们曾通过各种处理方法对铁基金属进行表面硬化，其中涉及向基底金属中沉积和弥散附加元素和化合物，主要是氮和碳。但是，对不锈钢零件进行表面硬化的许多工业中应用的方法尚有尺寸局限和高的处理温度等问题，往往要求其后进行油或水冷却，这会导致不可接受的表面光洁度和零件翘曲。因此，要处理大而较薄的压板，这些方法就不可行了。
本发明不可预见性地发现称为电离渗氮的概念能克服公知的压板硬化手段的固有缺陷，并首次制成了用于生产大氧化铝颗粒浓度的耐磨层压板的压板。电离渗氮技术已在许多场合应用于很小的产品或具有较小的表面/体积比的较大的产品，其中最终的微观表面光洁度都不是产品的重要的装饰性方面，例如，具有自动控制和电弧放电抑制系统的MPT GmbH Plasma-Triding工艺，这种工艺调整等离子输入能量以便更好地控制工件处理质量。这些应用都没有提出过电离渗氮是一种解决本发明所要解决的问题的技术方案。
电离渗氮的基础是等离子放电物理学，其操作是将带有负电荷的金属工件表面暴露于带正电荷的氮离子。在密封容器内的真空条件下，在系统中加上电势，容器为正电阳极(电子接受器)，工件为负电阴极(阳离子接受器)。高压能用来从送入容器中的含氮气体分子剥离电子，形成等离子，氮离子向着工件加速。氮离子在工件表面的冲击产生从动能向势能转换的热能。随着氮离子向工件表面的冲击，铁原子在冲击点上被显著地溅出与氮离子结合形成在工件表面上方的氮化铁离子的辉光放电层。这些氮化铁离子然后在加热的工件表面上冲击并沉积，弥散入表面下的分子边界中，产生暴露的表面层和独特的面下结构，从而提供了上述的压板所需要的特性，高硬度而不脆，不易划伤的表面光洁度，以及确定的表面硬化层深度。
本发明的一个目的是提供一种硬化的平工件，如用于经济地生产耐磨装饰层压板的压板。
本发明的一个主要目的是提供一种电离氮化的压板，它在生产装饰层压板的过程中具有很长的耐磨寿命。
本发明的另一个目的是提供一种用于经济地生产耐磨层压板的压板，这种压板具有高质量微观表面光洁度和很长的压板寿命。
本发明还有一个目的是提供一种用于经济地生产耐磨层压板的压板，这种压板没有不可接受的翘曲。
本发明的另一个目的是提供一种生产电离渗氮的压板的方法，所生产的压板在生产装饰层压板过程中具有很长的耐磨寿命。
本发明的另一个目的是提供生产用于经济地制造耐磨装饰层压板的电离渗氮的压板的工艺参数。
本发明的另一个目的是提供一种使用压板的方法，这种压板是用电离渗氮法硬化的，用于经济地生产耐磨装饰层压板。
参阅附图，对本发明的详细描述及权利要求书，将使本发明的其它目的，优点和特征更为清晰。
本发明提供的方法和装置，使用电离渗氮技术来硬化压板，就申请人所知，过去从未有人对如此大型工件进行过电离渗氮，或从未取得过成功。
本发明将电离渗氮法用于要求很高的成品微观光洁度的大型工件上，且参数调整和预期效果之间有着复杂的关系，因而勘称一大进步。上述关系包括工件几何形状，材料表面及表面下结构和预想结果，工艺温度，压力，加热时间，热负荷，辐射和对流热能效果，对冷却系统的要求和气体混合物成份。
因此，为了生产合格产品，需要协调进行试验和分析以确定适当的工作参数，工作参数的相互关系，以及在每个工作参数或一系列工作参数中允差。为此目的，要用一般几何公式来表达压板表面积对厚度之比值，对应该比值来应用所需要的参数。
为更全面的理解本发明，需要对照下述附图，以举例的方式详细描述本发明的实施例。


图1是本发明有关的电离渗氮容器的简化立体图，其中装有压板支架;
图2是沿图1中的2-2线的压板夹具的前视图;
图3是沿图1中的3-3线的压板夹具的侧视图;
图4是按照本发明的方法的时间-温度曲线;
图5是使用本发明的压板的压床和压制组件的侧视图。
在各附图中相同的标号代表相同的或相应的零件。图1表示反应容器10和装好的不锈钢压板支架100的总体结构。与本发明相关的反应容器10是采用THERMION
工艺和控制设备的MPT GmbH PLASMA-TRIDING
方法中所使用的容器。
为简化描述起见，容器10具有一圆筒形外壁12，一圆筒形内壁13以及一圆筒形热偏转罩14，都同轴地设置在外壁12内。显然，其它容器形状(即水平矩形腔容器)和控制系统结构也可用来产生理想的结果，容器的尺寸的重要性只关系到所加工的压板大小。下面将要讲到，外壁12，内壁13和热偏转罩14在渗氮过程中用做阳极。在外壁12和内壁13之间是环形冷却水室，其中流过冷却水来帮助维持重要的工艺温度，这一点下面将详述。外壁12，内壁13和热偏转罩14共用一个观察孔20，以便进行渗氮过程中压板的“辉光检查”。内壁13和热偏转罩14最好用不锈钢或合金制成以防止无关金属游离并污染处理压板的气体混合物。
容器10还设有供水装置22，向环形冷却室16提供连续有规律的冷却水以避免容器10内温度过高，否则会使压板温度过高，导致以后不可接受的压板翘曲。容器10还设有真空泵24，含氮气源26，高压电源28和控制装置30。高压电源28向容器10的结构提供直流正电荷，向容器中悬挂的支架一压板组件100提供直流负电荷。控制装置30相当于MPT GmbH PLASMA-TRIDING
工艺中使用的THERMION
控制设备。
图1中的支架100由底座102，支杆104，横杆106和支臂108。如图1，2和3所示，压板50用夹具110和悬杆112悬挂在支臂108上。相邻压板50间必须隔开足够的间距以避免一压板的辉光放电等离子边界与相邻压板的辉光放电等离子边界之间的相互作用。另外，该间距必须使一压板向另一压板的热传递减至最小，以避免受热引起的变形。最初的试验表明，该间距最好为大约8英寸(20.3厘米)或更大，不过其它压板尺寸也许要求不同的间距标准。
如图1和2所示，夹具110为简单的由悬杆112支承的U形夹。在相对端，槽口116的尺寸与压板50的厚度相适应，使压板在其中可滑动。压板厚度一般大约为八分之一英寸。压板50插入槽口后，旋紧紧固件118使夹具110固定压板50然后将夹具110通过悬杆112安装于支臂108。为了减少绕压板50边缘的吸热材料量，夹具110切除或铣掉角部120(虚线所示)而形成朝着槽口116的向内锥形。因此，减少了从压板50吸收热量的材料量，这是本发明的一个重要方面。使压板50暴露于尽可能小的温度梯度以避免翘曲是十分重要的。因此，使每块压板50夹在夹具110上，连接于与横杆106相连的支臂108，这样来使压板50悬挂在容器内，避免使其与支架100有过多的相互的热作用。
推荐的渗氮方法是使用THERMION
工艺和控制设备的MPT GmbH PLASMA-TRIDING
方法。这种方法利用具有电弧放电抑制控制装置的电子控制设置以减小板的缺陷。按照本发明对压板必须使用特别的工艺条件，下面将描述这些工艺条件。如不加控制，氮离子的冲击能往往会产生热能，使工件的温度上升，从而使大型工件如压板不能使用。这种损坏包括不可接受的翘曲，弯曲，微观光洁度的疵点如弧痕局部熔斑，夹痕和其它对工件的损坏。因此，为硬化具有很大的表面/体积比值的大型工件如压板，商业上使用电离渗氮迄今以来都认为是不可行的。
按照本发明的压板处理方法，在渗氮前包括两步清洗工序以便从工件上除去水溶的，油溶的或不溶的残留物。清除这些残留物的失败将导致在最初的渗氮过程中特别强的电弧放电，这会损坏压板50的微观表面光洁度。
在压板表面的残留物一般是压板过去加工中少量地留下来的、最新光制的压板，虽然看起来很清洁，但是在其表面仍有残留的抛光或磨光剂，一般由很细小的磨料如氧化铝混以蜡状材料(在室温时固态，而在处理过程的暖压板上时熔化)或磨料混以在水基乳剂中的油脂酸“润滑脂”(在室温下熔化)。用喷砂技术新光制的花纹板一般残留着喷砂中喷射损伤形成的很细尘粒，由于静电附着压板的表面上。油腻的指纹，和在压板或花纹板上的油脂斑点也是常见的污染种类。另外，压板，特别是未重新光制的压板其表面常有痕量的脱模挤，脱模剂可能是直接施加在板上的(外部脱模剂)，但大多是液面树脂中的内部脱模剂。这些脱模剂促使压板在硬化工序后容易从层压板上分开。最常用的脱模剂是油脂酰基脱模剂，包括常用的动物脂酸肥皂(硬脂酸酯/棕榈酸混合物)，硬脂酸锌粉末(直接旋加在板上)和多种市售的本专业人员熟悉的产品。
两步清洗过程包括首先用去离子水彻底清洗板，使其干燥后，再用氯化烃溶剂，最好用1，1，1，-三氯乙烯溶剂彻底清洗。以这种方式，水溶的和油溶的物质都会溶解并从板上清除掉，借助物理清洗方式留下的不溶颗粒也被清除去。
然后以上述方式将压板50装在支架100上。做为本发明的一个重要方面，压板的负载和装卡对工艺参数的选择有直接的影响。压板的热负载会产生辐射和对流热能，这又必须对压板温度作适当调制。这样产生的热能的发散通过输入电压的调制，冷却水室16的流动速率以及容器10内压板50的间距来控制。
位于容器10内的温度传感装置，最好是如图1所示的热电偶是容器10内产生热能调制中的主要因素。热电偶52放在支架100上的位于中部的压板边缘上，已证明这是对这种几何形状的最理想位置。由于等离子物理学，也由于在一条边缘或角部的所有表面的离子轰击，所以这种边缘或角部具有比板50中心加热更快的倾向。所以，压板50外侧表面的温度要比板的中心增加得快一些。因此边缘上的热电偶52能更好地控制加热速率，在板50的横截面上提供恒定的温度分布。已经发现热电偶设在其它位置会导致错误的温度数据，使控制装置30的输入混乱，会导致变形和不均匀的表面硬化。
在装载后密封容器10，由真空泵24抽走空气以在容器中形成真空。然后通过含氮气源26向容器中注入0.04至0.12磅/英寸2(3至8毫巴)的含氮气体，如气态氨。也可以使用其它含氮原子的气态混合物。例如，对于含铬量高的压板，推荐使用氮气和氢气的混合物，原因是氢气能促进氮化铬的形成。另外，这种气态混合物较容易控制纯度和干燥度。但是基底材料含氮量低或不含氮，则氢气会产生氢脆化。由于渗碳的不良影响，不推荐在气体混合物中使用含碳气体如甲烷。
然后通过高压电源28向系统施加电压，随着处理进入溅射阶段，在压板周围形成辉光放电。在辉光放电中产生的电弧放电指向工件上的残留物和沉积物并用做最后的清除方法，因此，所以残留物或沉积物从工件上气化并清除掉。在这个阶段中，工件本身缓慢升温至大约200°F。这个阶段相应于图4中的区域Ⅰ，一直持续到所有沉积物被除去且电弧放电消失为止。
如图4区域Ⅱ所示，然后稳步升高电压以加速离子轰击，并开始向着最适于渗氮阶段的温度升温。在这个阶段中，用人眼来进行“辉光检查”工作。由于这项工作要求调整增加电力输入的速率，所以要通过容器10上的孔20作辉光检查，以观察辉光放电的均匀性和颜色。随着绕压板50外侧表面开始产生辉光，重要的是要使压板50的中心达到同一温度，而不要在压板50的边缘和中心部分产生大的，可能造成损坏的温差。因此，当压板50的外缘产生辉光，适当的辉光颜色表明达到适当的温度时，要保持电压强度大约1小时，如图4区域Ⅲ所示，使压板的其余部位达到均匀的温度分布。已经确定，这一辉光温度应该保持在最高渗氮温度的百分之七十至八十。
另外，在此期间还要检查压板50上的“热斑”。由于辉光颜色与压板表面温度成正比，所以颜色的变化指示温度的变化，这是应该加以避免的。如上所述，温度是可以通过电压输入和冷却水室16中通过的水流速率来控制的。
一旦工作温度稳定后，就增加电压，如图4中区域Ⅳ所示，增加至最大理想温度的百分之一百，可以使用自动处理系统来控制以后的处理过程，如图4的区域Ⅴ所示。在图4所示的冷却阶段，也要使用控制装置30，同时将容器10保持在真空状态下以避免在压板上产生氧化。在冷却室16中的水流也应当予以维持。
在区域Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ和Ⅴ的处理过程中，必须向容器10中加入另外的含氮气体以补充已离子化的和沉积在工件上的含氮气体或在真空系统中损耗的含氮气体。因此要以很低的流动速率恒定地输入气体以维持容器的局部压力。已确定这个流动速率取决于循环时间并根据需要而变化。
以实验结果为基础，表A中列出了对于压板的几何形状最适宜的工艺参数。
参数“调整”的选择取决于所要求的工件硬度和表面硬化深度。硬度是在工件的两个部位试证的;即复合层和弥散区。复合层是在暴露表面形成的，基本由氮化铁复合物组成，在不锈钢的情况下，含一定百分比的氮化铬复合物。弥散区在复合层之下，其硬度稍低，这是由于氮离子和氮化铁离子进入晶界形成氮化物浓度下降的缘故。因此，被硬化的复合层和弥散区构成表面硬化深度，是与压板50的材料和几何形状有关的。应注意的是，电势(及相应的温度)和处理时间是反向相关的;如果区域Ⅴ的处理时间延长，则总的最大温度可以减小。
与本发明相关的几何公式是检验表面积对厚度的比。表面积(平方英尺)和板厚度(英寸)的关系应该是150平方英尺/英寸至2800平方英尺/英寸(5.5平方米/厘米至102.5平方米/厘米)。这些比值分别相应于压板的公称尺寸为3英尺×7英尺(0.9米×2.1米)见方，厚度为1/4英寸(0.64厘米)和5英尺×16英尺(1.5米×4.9米)见方，厚度为1/16英寸(0.16厘米)。在上述比值之内的长度、宽度和厚度的结合应包括在本发明所指出的参数之内。
已经确定，推荐的复合层深度在0.0001和0.0004英尺(0.0025和0.0102毫米)之间。表向硬化总深度，包括复合层和弥散区，在0.001和0.004英寸(0.025和0.102毫米)之间。但是，根据最后产品的具体要求也可以制得其它的复合层和弥散区厚度。
最好容器10经过通风，只在其达到室温后再将压板50从解除密封的容器10中取出。但是，当压板温度冷却至大约200°F(100℃)时就可以取出压板50。虽然为了提高生产率的目的，在其达到室温前取出压板50可减少处理时间达6个小时，但是，当打开容器10时进入的室温下的空气与温热的压板50接触，也会在压板上产生某种程度的氧化，如需要可以将这一氧化层磨掉。如果允许使工件达到室温，即，与上述的2-8小时的短时间相比，显著延长冷却时间的话，可以获得几乎不氧化的较为光亮的表面光洁度。为了加速冷程过程的最后阶段，在无电压输入条件下向容器内引入氮气或惰性气体可以避免压板50高于室温时进入容器10的室温空气引起氧化的情况发生。
但是必须强调的是，当板仍在高温(介于处理温度和大约200°F(100℃))时加速冷却速率会导致板的应力释放伴随着板的变形。进入容器10的较冷空气接触压50并不均匀地形成急剧的热梯度且伴随着应力释放。降低冷却室16的温度，增加冷却室16的流动速率，使容器10与大气通风(这将导致板面的严重氧化)或引入惰性“冷却气体”都是在较高温度下促使应力释放和变形的机理。想进行这种加速冷却的温度越高，板的变形和可能产生的氧化越严重。
为正确评价本发明的优点要说明的是，用于生产无硬粒装饰层压板的普通非硬化抛光压板，由于正常工作损坏平均每200个循环就必须再次抛光，压制要求更严格的颜色如暗色或黑色的固体颜色层压板，由于工作损坏只是30-50循环就要再次抛光。以便维持可以接受的层压板光洁度质量，否则质量就要降级。
除了用于确定压板表面光洁度的光学变形评价之外，用压板制造的层压板的表面光洁度也可用来确定压板表面光洁度质量。NE-MA(美国全国电气制造商协会)60光泽度测量通常用来评定层压板的光洁度。由于近年来市场的要求越来越荷刻，现在要求无雾(HAZE-FREE)高光泽度表面。因此，表B中的评价标准是工业中广泛接受的。
表B层压板光泽度 光洁度质量≥100 极好95-99 好-很好90-94 临界<90 不可接受为了测量渗氮压板性能的改善，在黑色光泽的光洁度“验证”层压板上试验运转，编制了最为严格的压板光洁度质量试验，其中使用全尺寸的4英尺×10英尺(1.22×3.05米)的抛光压板，如表C所示。使用氧化铝颗粒混合在液态的三聚氰胺-醛表面树脂中。
表 C 产生商业不合格微观划伤的压制运行次数
＊在8次压制时NEMA60光泽度99.1，在63次压制时NEMA60光泽度95.8＊＊在1次压制时NEMA60光泽度98.5，Dorigon光泽度43.5以及浊度指数(HAZE INDEX)1.20，在100次压制时NEMA60光泽度97.1，Dorigon光泽度60.7以及浊度指数0.93
例如，在试验运行中使用镀铬抛光压板，用含粒度为3μ硬粒重量占5%的液态树脂生产层压板，证明板面质量变劣，层压板微观表面光洁度出现微观损伤。这种试验运行中NEMA光泽度值从接近极佳的很好的99.1降至临界合格的95.8说明在经过55次压制期间出现严重的板面磨损。直至81次压制一直持续这种降低可接受度的倾向。
与此相反，使用渗氮抛光压板，用更易造成压板损伤的6μ和15μ硬粒配方，压制100次之后，光泽度仍保持在恒定的好至很好的范围之内。由于Dorigon光泽度是层压板光洁度质量的很好指示，所以它是用于生产层压板的抛光压板的质量的重要指标。经验表明40或更大的Dorigon光泽度值和1.5的浊度指数表示极佳质量的高反射性层压板和压板微观表面光洁度。应注意的是，即使采用易造成压板损伤的硬粒配方，100次压制后生产的层压板的Dorigon光泽度仍未见变劣。令人惊奇的是，在反射性上似乎取得了任何抛光压板很少能取得的十分重大的改进。值得注意的是，暴露于重量占液态树脂的百分之一的6微米硬粒在234次压制循环后被再次抛光，可再进行103次压制循环以生产质量合格的层压板。另外，虽然重量占液态树脂百分之九的30微米硬粒，与较小硬粒浓度和粒度相比，限制了压板的耐用性，但是如果可以较为经常地对压板进行再抛光(与“暗色”质量的普通抛光频度相同)，那么还是可以使用这种对压板有损伤的硬粒配方的。
另外在试验运行中也观察到，渗氮压板比普通抛光压板更容易然硬化和压制过程后从层压板上脱开。如上所述，使用时压板两相对的表面放有树脂浸透的层压纸，如图5所示。多层压板50，层压材料200，隔板201和垫板203放在载盘207上构成层压组件202，然后将层压组件202装在压床204的加热/冷却工作台205之间进行温度和压力处理以便固化和硬化。应注意的是，将材料送入压床204的加热/冷却工作台205之间的间隙是由压床开度206限制的，压床开度206即当压床204完全打开时两工作台之间的间距，从图5可以看出压板的第一种过度翘曲会干涉层压组件202向压床204中移进的能力。
硬化温度一般为260至300°F(125至150℃)，硬化约45至90分钟后再进行冷却，由操作者改变物理作用的水平对于将层压组件202拆成压板和层压板成品件是必要的。例如，已经发现花纹板的脱开性能一般要比抛光板差。另外，可能会出现树脂粘着或少量沉积或纤维材料留在压板50上的情况，这些又会从压板50上转移到其后压制的层压板上，污染其表面。在最坏的情形中，整个层压板可能粘着在压板50上，引起需重新光制的严重问题。
上述问题往往通过使用脱模剂来解决，大多数脱模剂是混入树脂中的，或者使用镀铬板解决。在上述压板试验过程中，已令人惊奇地发现，渗氮硬化压板的脱模比起普通抛光钢板要容易得多。从理论上讲，复合层的沉积会填入表面微观组织，产生更为平滑的微观表面光洁度，减少其附着在与其接触的层压板表面的倾向。因此，万一脱模剂质量有问题，或要避免镀铬的麻烦，可以期望使用电离渗氮压板来获得更大的脱模能力。
另外，本发明并不局限于高压装饰层压板，也可以有利地应用于低压装饰层压板，例如那些含有微粒板或中等密度纤维板基体而不是含有许多高压装饰板的酚醛树脂浸透的纤维素芯板，(其表面有印制的或固体彩色板以及可以选择地具有一层贴面板)。与高压装饰板的在1000至1600磅/英寸2(6.9至11.0N/mm2)范围的压力下硬化大约45至90分钟相比照，低压装饰层压板的循环时间是在200至300磅/英寸2(1.4至2.1N/mm2)的压力下大约1分钟，在生产低压层压板中使用快速循环速度时在层压板中使用损伤力强的硬粒配方或其它硬质材料将迅速使所使用的压板变劣。因此，本发明可广泛实用于多种装饰层压板产品。
虽然表C的压制试验局限于410不锈钢的渗氮抛光板，板的硬度从38-45HRC增至60-70+HRC，不过硬度最好超过65HRC，对于渗氮硬化压板的潜在应用要广泛得多，可以这样处理各种等级的不锈钢。与普通的花纹钢制压板相比较使用电离渗氮的花纹压板可以取得更大的耐用性以抵抗与硬粒有关的微观划伤，磨损和光泽度变劣。
另外，长久以来一直选用410不锈钢，电离渗氮也能很好地应用于630和304不锈合金钢。
630不锈钢与410不锈钢相似，但是其含碳量只及后者的大约一半(0.05-0.08%对0.15%)，通过专门的沉积硬化工艺可保持相等的硬度(42-45HRC)。由于花纹压板的化学腐蚀最好含碳量要低。按照本发明的全尺寸(4英尺×10英尺即1.22米×3.05米)花纹压板试件使表面硬度从42-45HRC提高到67-70HRc。
按照本发明对304不锈钢也做了有限的试验。304不锈钢是退火的“大块体积不能硬化的”奥氏不锈钢，与410不锈钢相比较具有较高的含铬量(18.0-20.0对11.5-13.5)和较高的含镍量(8.0-10.5对0.75)。虽然304不锈钢压板，包括高光泽度镜面光洁度的压板在市面上有售，并且由于其价格较低而用做压板，但是，它们由于较软而易于受到划伤和其它板面损伤。304不锈钢很软，只能由洛氏硬度来标记(如用“较软的”布式硬度比较硬度，则304不锈钢为140，而410不锈钢为390)。使用本发明所得到的表面硬度为73HRc而其最初的硬度只有29HRc。因此，304不锈钢经电离渗氮可以解决原来304不锈钢存在的问题。还有其它的应用场合，例如对镀铬板渗氮以进一步提高硬度。
显然以上只是对具体实施例的零件的细节，材料和布置的描述来阐明本发明的性质。本专业的技术人员可以做出种种变化而并不超出权利要求书所限定的本发明的范围。
权利要求
1.一种用于生产装饰层压板的铁基压板，它具有基本形成所述装饰层压板的表面光洁度的一平的表面；以及渗氮到至少55HRc的硬度的表面硬化层，所述表面硬化层的总厚度至少为0.0001英寸。
2.按照权利要求1所述的铁基压板，其特征在于所述压板具有镜面表面光洁度，基本上没有视觉可分辨的表面缺陷和翘曲。
3.按照权利要求1所述的铁基压板，其特征在于所述压板为不锈钢正四棱柱体，其一侧尺寸至少为3英尺，第二侧尺寸至少为7英尺，第三侧尺寸为1/4英寸或更小。
4.按照权利要求1所述的铁基压板，其特征在于所述压板的以平方英尺为单位的表面积与以英寸为单位的板厚之比为150平方英尺/英寸至2800平方英尺/英寸。
5.按照权利要求1所述的铁基压板，其特征在于所述压板由铁基合金制成，并经过由辉光放电产生的氮离子轰击，所述辉光放电促进来自含氮原子的气体或气体混合物的氮在所述压板上及进入压板的沉积以增加压板的硬度，所述辉光放电也增加所述压板的温度，所述压板的所述温度基本低于1000°F。
6.按照权利要求5所述的铁基压板，其特征在于所述气体是氮气和氢气的混合物。
7.按照权利要求5所述的铁基压板，其特征在于所述气体是氨。
8.生产装饰层压板的装置，它具有用于支承树脂混合物和作为基本平面层的基底材料的装置;具有一基本平面的铁基板，该平面基本限定了所述装饰层压板的表面光洁度，所述铁基板具有硬度至少为55HRc的渗氮硬化层，所述硬化层的总厚度至少为0.0001英寸;以及迫使所述平面抵压所述树脂混合物和基底材料以便形成一基本平整的层压板的装置。
9.按照权利要求8所述的装置，其特征在于构成所述层压板的所述树脂混合物含有重量占液态树脂百分之一的6微米粒度的氧化铝颗粒，在所述压板200次压制后所生产的所述层压板具有超过95的NEMA60光泽度。
10.按照权利要求8所述的装置，其特征在于构成所述层压板的树脂混合物含有重量占液态树脂百分之一的6微米粒度的氧化铝颗粒和重量占液态树脂百分之零点五的15微米粒度的氧化铝颗粒，在所述压板100次压制后所生产的所述层压板具有超过95的NEMA60光泽度。
11.生产用于制造装饰层压板的铁基压板的方法，所述压板具有一个基本限定所述装饰层压板的表面光洁度的平面，所述方法包括以下步骤设置一铁基压板;清洗所述压板，从其上除去残留物;在能够对铁材料渗氮的容器中悬挂所述压板;通过辉光放电加热所述压板，以促使来自含有氮原子的一种气体或气体混合物的氮离子在所述压板表面和进入所述压板表面的沉积，从而增加所述压板的硬度，增加所述压板的温度，使所述压板的所述温度基本低于1000°F;使所述压板暴露于所述含有氮原子的气体至少20小时，通过辉光放电产生的氮离子轰击产生硬度至少为55HRc的表面硬化层，所述表面硬化层的总厚度至少为0.0001英寸;冷却所述压板;以及从所述容器取出所述压板。
12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于还包括以下步骤在温度上升到高于大于200°F时中断所述加热步骤来观察所述压板的辉光放电;以及在温度达到最高温度的70-80%的范围时进一步中断所述加热步骤，以便在所述压板中能够有均匀的温度分布。
全文摘要
本发明涉及使用电离渗氮技术硬化生产含有氧化铝颗粒的耐磨装饰层压板的压板，同时提高压板使用寿命的方法和装置。由于参数调整和预期效果之间相互依存关系的确定，上述方法应用于压板，使压板能满足严格的微观表面光洁度要求。上述相互依存关系包括工件几何形状，表面和表面下的结构和要求的效果，处理温度，压力，加热时间，热负载，反射性辐射和热效应，冷却系统，以及气体混合物组成。
文档编号C23C28/00GK1083126SQ9211464
公开日1994年3月2日 申请日期1992年12月19日 优先权日1991年12月19日
发明者肯尼斯·J·劳伦斯, 沃尔夫冈·基浮里 申请人:浮尔米卡技术公司