專利名稱：一種高性能銷軸緊固件表面改性處理技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬材料表面處理技術(shù)，具體地說涉及一種可應(yīng)用于大中載荷及戶外腐蝕服役環(huán)境下，銷軸緊固件的表面強(qiáng)化改性處理技術(shù)。
背景技術(shù)：
銷軸是一類標(biāo)準(zhǔn)化的緊固件，廣泛應(yīng)用于工程車、物流裝卸設(shè)備、列車、生產(chǎn)設(shè)備等工程、碼頭物流、機(jī)械、冶金、化工等工作臂、氣缸、油缸及多種銷軸聯(lián)接機(jī)構(gòu)設(shè)備，既可靜態(tài)固定連接，亦可與被連接件做相對運動，主要用于兩零件的鉸接處，構(gòu)成鉸鏈連接。銷軸通常用開口銷鎖定，工作可靠，拆卸方便。目前銷軸的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB/T882-2008，國際標(biāo)準(zhǔn)為ISO 2341:1986。大部分工程車輛、物流裝卸設(shè)備的銷軸通常工作于兩大服役條件
(I)重載荷且動態(tài)連接(與被連接件做一定的軸向或徑向相對運動)，通常選用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼(抗拉強(qiáng)度Rrn彡800 Mpa,典型材料如42CrMo)。(2)露天腐蝕環(huán)境，日積月累或高溫、沖擊、操作不當(dāng)?shù)戎T多因素影響下，銷軸與其軸孔往往受腐蝕堵轉(zhuǎn)失效，導(dǎo)致車輛設(shè)備故障停機(jī)，特別是銷軸的銹死于軸孔內(nèi)，使設(shè)備難以拆卸維修，在中國南方沿海地區(qū)較為常見，設(shè)備經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重，故耐腐蝕防護(hù)十分重要，目前傳統(tǒng)上采用防銹油、磷化、鍍鋅、鍍鉻鎳等涂層涂裝防腐。由于軸通常無加油孔，對于兼有重載荷且動態(tài)連接的工程、物流類車輛設(shè)備用銷軸，涂層涂裝類防護(hù)層容易流失、開裂、剝落，防銹效能與可靠性較低。如果僅考慮重負(fù)荷、耐動態(tài)沖擊腐蝕等技術(shù)要求，可以選擇基體防銹能力較好的高強(qiáng)度材料，如高強(qiáng)度的特種不銹鋼(抗拉強(qiáng)度Rm > 800 Mpa的沉淀硬化型不銹鋼系列，目前國內(nèi)牌號有0Crl7Ni7A、0Crl7Ni4Cu4Nb和0Crl5Ni7M02Al，或國外為600系列等)，但其原材料價格貴(通常為合金結(jié)構(gòu)鋼的3倍以上)、加工難度大，經(jīng)濟(jì)性較差。故兼顧重負(fù)荷、耐腐蝕、低成本要求的銷軸技術(shù)很長一段時期以來都是中國乃至國外的行業(yè)共性需求和技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述技術(shù)所存在的缺陷，本發(fā)明提供一種高性能銷軸緊固件表面改性處理技術(shù)，通過使用本發(fā)明技術(shù)可使銷軸表面達(dá)到無涂層、低成本、高強(qiáng)韌、耐腐蝕等效果。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案通過如下步驟來完成
第I步對對合金結(jié)構(gòu)鋼為基體材料的銷軸零件進(jìn)行脫脂、酸性活化、去離子水洗干凈。
脫脂去污處理采用市售杜邦化學(xué)RR-602活化劑，在25 40°C，超聲波清洗3 15min ;酸洗活化處理采用杜邦化學(xué)RR-602活化劑，25 40°C，超聲波清洗5 IOmin ;水洗均在常溫去離子水進(jìn)行；然后上紅外烘箱，溫度220 340°C，時間I小時。第2步對銷軸零件進(jìn)行烘干，去除表面的殘留水。
第3步對銷軸零件進(jìn)行溫度為520 580°C，時間為30 150min的一步氣體滲氮硫鉻處理，使得滲層組織厚度達(dá)到20 50 μ m。所述硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物是指含硫的化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質(zhì)量比為99:1 1:99，優(yōu)選80:20 20:80，更優(yōu)選60:40 40:60 ;所述硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物也可以是硫酸鉻銨、鉻酰氯的二硫化碳溶液、硫酸鉻銨、甲酰胺溶液中的至少一種。其中含硫化合物為硫醇、硫酚、硫醚、二硫化物、多硫化物中的至少一種；含鉻化合物為硫酸鉻銨、乙酸亞鉻中的至少一種。所述的一步氣體滲氮硫鉻處理，是在真空爐中采用硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物與氨氣的混合氣體，帶入爐內(nèi)，氣態(tài)硫鉻絡(luò)合物與氨氣均離子化，很容易與鋼鐵零件形成高性能的耐腐蝕、耐磨損、抗沖擊的氮硫鉻鐵化合物滲層組織，該滲層組織從外到內(nèi)依次為致密化合物層、白亮層、擴(kuò)散層，表面白亮層硬度高達(dá)HvO. 16 00以上，白亮層硬表面的外面覆蓋I 5Mm含有氧化物、氮化物、鉻化物、硫化物特殊的耐腐蝕、低摩擦系數(shù)致密化合物層。第4步對銷軸零件進(jìn)行噴沙或噴丸處理，去除化合物層外面的疏松層。第5步對該銷軸零件進(jìn)行溫度為300 400°C，時間為10 60min氧化處理，使?jié)B層組織表面覆蓋氧化層。所述步驟3到步驟5至少需要重復(fù)一次，優(yōu)選重復(fù)I 3次，進(jìn)一步優(yōu)選重復(fù)2 3次。本發(fā)明專利的有益效果通過本發(fā)明處理的耐腐蝕、耐磨損、抗沖擊的銷軸零件，與傳統(tǒng)的防銹油、電鍍等涂鍍層類防腐蝕技術(shù)的技術(shù)差異和優(yōu)勢明顯。按照NSS中性鹽霧試驗，防腐蝕能力超過120小時，超過電鍍鉻20μπι的防銹水平；耐沖擊、耐磨損性能較好，在大載荷服役工況的條件下應(yīng)用優(yōu)勢明顯。
具體實施例方式實施例一
本例的銷軸零件選用20CrMnTi結(jié)構(gòu)鋼材料，在該零件上進(jìn)行本發(fā)明的表面改性處理。第I步對銷軸零件進(jìn)行脫脂、酸性活化、去離子水洗干凈。本步驟的具體規(guī)程包括脫脂去污處理采用市售杜邦化學(xué)RR-602活化劑，在30°C，超聲波清洗IOmin ;酸洗活化處理采用杜邦化學(xué)RR-602活化劑，30°C，超聲波清洗IOmin ;水洗均在常溫去離子水進(jìn)行；然后上紅外烘箱，溫度220°C，時間I小時。第2步對銷軸零件進(jìn)行烘干，去除表面的殘留水。第3步對銷軸零件進(jìn)行溫度為570°C，時間為120min的一步氣體滲氮硫鉻處理。本步驟的具體規(guī)程包括上述硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物是指含硫的化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質(zhì)量比為99:1 1:99，優(yōu)選80:20 20:80，更優(yōu)選60:40 40:60 ;上述硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物也可以是硫酸鉻銨、鉻酰氯的二硫化碳溶液、硫酸鉻銨、甲酰胺溶液中的至少一種。其中含硫化合物為硫醇、硫酚、硫醚、二硫化物、多硫化物中的至少一種；含鉻化合物為硫酸鉻銨、乙酸亞鉻中的至少一種。一步氣體滲氮硫鉻處理，是在真空爐中采用硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物與氨氣的混合氣體，帶入爐內(nèi)，氣態(tài)硫鉻絡(luò)合物與氨氣均離子化。
第4步對銷軸零件進(jìn)行噴沙或噴丸處理，去除化合物層外面的疏松層。第5步對該銷軸零件進(jìn)行溫度為350°C，時間為60min氧化處理，使?jié)B層組織表
面覆蓋氧化層。其中步驟3 5重復(fù)一次。銷軸零件表面形成35Mffl左右厚度的氮硫鉻鐵組織層，在滲氮組織層表面覆蓋有氧化層。銷軸零件的表 面硬度超過Hvtl. J00，NSS中性鹽霧試驗超過120Hr。實施例二
本例的銷軸零件選用40Cr碳鋼，在該零件上進(jìn)行本發(fā)明的表面改性處理。第I步對銷軸零件進(jìn)行脫脂、酸性活化、去離子水洗干凈。本步驟的具體規(guī)程包括脫脂去污處理采用市售杜邦化學(xué)RR-602活化劑，在30°C，超聲波清洗IOmin ;酸洗活化處理采用杜邦化學(xué)RR-602活化劑，30°C，超聲波清洗IOmin ;水洗均在常溫去離子水進(jìn)行；然后上紅外烘箱，溫度220°C，時間I小時。第2步對銷軸零件進(jìn)行烘干，去除表面的殘留水。第3步對銷軸零件進(jìn)行溫度為560°C，時間為120min的一步氣體滲氮硫鉻處理。本步驟的具體規(guī)程包括上述硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物是指含硫的化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質(zhì)量比為99:1 1:99，優(yōu)選80:20 20:80，更優(yōu)選60:40 40:60 ;上述硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物也可以是硫酸鉻銨、鉻酰氯的二硫化碳溶液、硫酸鉻銨、甲酰胺溶液中的至少一種。其中含硫化合物為硫醇如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中的至少一種；含鉻化合物為硫酸鉻銨、乙酸亞鉻中的至少一種。一步氣體滲氮硫鉻處理，是在真空爐中采用硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物與氨氣的混合氣體，帶入爐內(nèi)，氣態(tài)硫鉻絡(luò)合物與氨氣均離子化。第4步對銷軸零件進(jìn)行噴沙或噴丸處理，去除化合物層外面的疏松層。第5步對該銷軸零件進(jìn)行溫度為350°C，時間為60min氧化處理，使?jié)B層組織表
面覆蓋氧化層。其中步驟3 5重復(fù)2次。銷軸零件表面形成35Mffl左右厚度的氮硫鉻鐵組織層，在滲氮組織層表面覆蓋有氧化層。銷軸零件的表面硬度超過Hvtl. 020，NSS中性鹽霧試驗超過120Hr。
實施例三
本例的銷軸零件選用42CrMo結(jié)構(gòu)鋼材料，在該零件上進(jìn)行本發(fā)明的表面改性處理。第I步對銷軸零件進(jìn)行脫脂、酸性活化、去離子水洗干凈。本步驟的具體規(guī)程包括脫脂去污處理采用市售杜邦化學(xué)RR-602活化劑，在30°C，超聲波清洗IOmin ;酸洗活化處理采用杜邦化學(xué)RR-602活化劑，30°C，超聲波清洗IOmin ;水洗均在常溫去離子水進(jìn)行；然后上紅外烘箱，溫度220°C，時間I小時。第2步對銷軸零件進(jìn)行烘干，去除表面的殘留水。第3步對銷軸零件進(jìn)行溫度為560°C，時間為120min的一步氣體滲氮硫鉻處理。本步驟的具體規(guī)程包括上述硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物是指含硫的化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質(zhì)量比為99:1 1:99，優(yōu)選80:20 20:80，更優(yōu)選60:40—40:60 ；上述硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物也可以是硫酸鉻銨、鉻酰氯的二硫化碳溶液、硫酸鉻銨、甲酰胺溶液中的至少一種。其中含硫化合物為硫醇如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)中的至少一種；含鉻化合物為硫酸鉻銨、乙酸亞鉻中的至少一種。一步氣體滲氮硫鉻處理，是在真空爐中采用硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物與氨氣的混合氣體，帶入爐內(nèi)，氣態(tài)硫鉻絡(luò)合物與氨氣均離子化。第4步對銷軸零件進(jìn)行噴沙或噴丸處理，去除化合物層外面的疏松層。第5步對該銷軸零件進(jìn)行溫度為350°C，時間為60min氧化處理，使?jié)B層組織表
面覆蓋氧化層。其中步驟3 5重復(fù)一次。銷軸零件表面形成40Mffl左右厚度的氮硫鉻鐵組織層，在滲氮組織層表面覆蓋有氧化層。銷軸零件的表面硬度超過Hvtl. 050，NSS中性鹽霧試驗超過150Hr。
權(quán)利要求
1.一種高性能銷軸緊固件表面改性處理技術(shù)，其特征為其技術(shù)方案通過如下步驟來完成: 第I步對對合金結(jié)構(gòu)鋼為基體材料的銷軸零件進(jìn)行脫脂、酸性活化、去離子水洗干凈; 脫脂去污處理采用市售杜邦化學(xué)RR-602活化劑，在25 40°C，超聲波清洗3 15min ；酸洗活化處理采用杜邦化學(xué)RR-602活化劑，25 40°C，超聲波清洗5 IOmin ;水洗均在常溫去離子水進(jìn)行；然后上紅外烘箱，溫度220 340°C，時間I小時； 第2步對銷軸零件進(jìn)行烘干，去除表面的殘留水； 第3步對銷軸零件進(jìn)行溫度為520 580°C，時間為30 150min的一步氣體滲氮硫鉻處理，使得滲層組織厚度達(dá)到20 50 μ m ; 所述硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物是指含硫的化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質(zhì)量比為99:1 1:99，優(yōu)選80:20 20:80，更優(yōu)選60:40 40:60 ;所述硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物也可以是硫酸鉻銨、鉻酰氯的二硫化碳溶液、硫酸鉻銨、甲酰胺溶液中的至少一種； 其中含硫化合物為硫醇、硫酚、硫醚、二硫化物、多硫化物中的至少一種；含鉻化合物為硫酸鉻銨、乙酸亞鉻中的至少一種； 所述的一步氣體滲氮硫鉻處理，是在真空爐中采用硫鉻的氣態(tài)絡(luò)合物與氨氣的混合氣體，帶入爐內(nèi)，氣態(tài)硫鉻絡(luò)合物與氨氣均離子化，很容易與鋼鐵零件形成高性能的耐腐蝕、耐磨損、抗沖擊的氮硫鉻鐵化合物滲層組織，該滲層組織從外到內(nèi)依次為致密化合物層、白亮層、擴(kuò)散層，表面白亮層硬度高達(dá)Hvtl. #00以上，白亮層硬表面的外面覆蓋I 5Mm含有氧化物、氮化物、鉻化物、硫化物特殊的耐腐蝕、低摩擦系數(shù)致密化合物層； 第4步對銷軸零件進(jìn)行噴沙或噴丸處理，去除化合物層外面的疏松層； 第5步對該銷軸零件進(jìn)行溫度為300 400°C，時間為10 60min氧化處理，使?jié)B層組織表面覆蓋氧化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種銷軸緊固件的表面改性處理技術(shù)，其特征為步驟3到步驟5至少需要重復(fù)一次，優(yōu)選重復(fù)I 3次，進(jìn)一步優(yōu)選重復(fù)2 3次。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高性能銷軸緊固件表面改性處理技術(shù)，首先對合金結(jié)構(gòu)鋼為基體材料的銷軸緊固件零件進(jìn)行氣體氮、硫、鉻多元共滲，使銷軸緊固件零件表面形成20～50μm、NSS中性鹽霧試驗≥120小時、硬度≥HV0.1700的氮硫鉻鐵化合物的致密滲層組織；然后對其進(jìn)行表面拋光處理；最后對銷軸緊固件零件進(jìn)行低溫氧化形成一層致密的氧化層。本發(fā)明由于化合物滲層組織是多元氮硫鉻鐵化合物覆蓋致密的冶金結(jié)合層，使銷軸緊固件零件具有優(yōu)良的低成本、高強(qiáng)韌、耐腐蝕的性能，成本低廉，顯著提高其在重載荷、戶外腐蝕等嚴(yán)酷服役工作條件下的使用壽命。
文檔編號C23C12/02GK102618820SQ20121009523
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者程鐵鋼 申請人:湖南漫雨新材料有限公司