基本信息
- 項(xiàng)目名稱:
- 新一代“節(jié)能、高效”氣體滲氮技術(shù)--原位納米催化低溫快速氣體氮化研究
- 來(lái)源:
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類:
- 能源化工
- 簡(jiǎn)介:
- 本文通過(guò)研究原位納米催化低溫快速氣體滲氮技術(shù),結(jié)合內(nèi)燃機(jī)氣缸套、活塞環(huán)等具體產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)要求,探討這種技術(shù)作為下一代氮化技術(shù)的可行性,與同傳統(tǒng)氣體滲氮和離子滲氮等技術(shù)相比的優(yōu)勢(shì),以及此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展前景。
- 詳細(xì)介紹:
- 金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要過(guò)程之一,與其他加工工藝相比,熱處理通過(guò)改變工件內(nèi)部的顯微組織或改變工件表面的化學(xué)成分,賦予或改善工件的使用性能。滲氮處理作為金屬熱處理的一種方式,由于其成本低、工藝簡(jiǎn)單而且可以大幅度改善工件的硬度、疲勞強(qiáng)度、抗腐蝕性等機(jī)械性能,被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。由于目前大量應(yīng)用的傳統(tǒng)氣體滲氮技術(shù)是一種高耗能的加工方式,處理速度慢、溫度高,極易造成基體變形導(dǎo)致廢品率升高,使得其優(yōu)勢(shì)得不到充分發(fā)揮。在節(jié)能減排的大趨勢(shì)下,如何降低國(guó)內(nèi)滲氮技術(shù)的能耗,提高良品率,是新一代滲氮技術(shù)需要解決的問(wèn)題。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 本文通過(guò)介紹原位納米催化低溫快速氣體滲氮技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)和工藝流程,以及對(duì)鋼制試樣納米化處理后的檢測(cè)和滲氮后滲氮層性能的檢測(cè),重點(diǎn)探討了這一技術(shù)的相對(duì)于傳統(tǒng)氣體滲氮技術(shù)和離子滲氮技術(shù)的改進(jìn)與優(yōu)勢(shì)。目的在于突出這種技術(shù)對(duì)于滲氮處理節(jié)約能源、提高生產(chǎn)效率和成品率、擴(kuò)大滲氮處理應(yīng)用范圍的意義,分析了這種技術(shù)作為下一代節(jié)能高效熱處理技術(shù),替代傳統(tǒng)滲氮方法的可行性。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 使用表面交流納米化技術(shù)將零件表面預(yù)處理后再進(jìn)行滲氮,使得滲氮速度大大加快,提高了效率,減輕了污染,對(duì)于熱處理行業(yè)的節(jié)能減排有著十分重要的意義。同時(shí),由于處理溫度的降低,使得基體畸變減小,對(duì)于精密零件的處理效果大大改善,提高了成品率,擴(kuò)大了此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍,使得滲氮處理可以代替鍍鉻等高污染的處理技術(shù),實(shí)現(xiàn)了更廣泛的應(yīng)用,對(duì)環(huán)境保護(hù)又有著十分重要的意義。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 作品的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和意義在于,此項(xiàng)技術(shù)有望代替現(xiàn)有的傳統(tǒng)氣體氮化技術(shù)和離子滲氮技術(shù),成為新一代滲氮技術(shù)的代表,解決現(xiàn)有技術(shù)成本高、工藝復(fù)雜,基體變形嚴(yán)重,氮化精密零件合格率低,無(wú)法氮化有盲孔細(xì)孔的復(fù)雜零件等缺點(diǎn)。最重要的是可以改變熱處理行業(yè)管理粗放、制作粗糙、產(chǎn)品低端的現(xiàn)狀,有助于產(chǎn)業(yè)鏈升級(jí),縮小熱處理技術(shù)方面與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距,降低單位能耗,節(jié)能減排,替代污染嚴(yán)重的鍍鉻等電鍍技術(shù),保護(hù)環(huán)境。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要過(guò)程之一,與其他加工工藝相比,熱處理通過(guò)改變工件內(nèi)部的顯微組織或改變工件表面的化學(xué)成分,賦予或改善工件的使用性能。滲氮處理作為金屬熱處理的一種方式,由于其成本低、工藝簡(jiǎn)單而且可以大幅度改善工件的硬度、疲勞強(qiáng)度、抗腐蝕性等機(jī)械性能,被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。由于目前大量應(yīng)用的傳統(tǒng)氣體滲氮技術(shù)是一種高耗能的加工方式,處理速度慢、溫度高,極易造成基體變形導(dǎo)致廢品率升高,使得其優(yōu)勢(shì)得不到充分發(fā)揮。在節(jié)能減排的大趨勢(shì)下,如何降低國(guó)內(nèi)滲氮技術(shù)的能耗,提高良品率,是新一代滲氮技術(shù)需要解決的問(wèn)題。本文通過(guò)研究原位納米催化低溫快速氣體滲氮技術(shù),結(jié)合內(nèi)燃機(jī)氣缸套、活塞環(huán)等具體產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)要求,探討這種技術(shù)作為下一代氮化技術(shù)的可行性,與同傳統(tǒng)氣體滲氮和離子滲氮等技術(shù)相比的優(yōu)勢(shì),以及此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展前景。
獲獎(jiǎng)情況
- 《Surface catalysis gaseous nitriding of alloy cast iron at lower temperature》,Jin-Quan Sun,et al, Elsevier ScienceDirect,14 April 2010,
鑒定結(jié)果
- 作品所用數(shù)據(jù)及得出結(jié)果真實(shí)有效
參考文獻(xiàn)
- [1] T. Bell. Source Book on Nitriding. ASM, Materials Park, 1977, 266. [2] M. Moradshahi, T. Tavakoli, S. Amiri, et al. Surf. Coat. Technol., 2006, 201: 567. [3] W. Sha, M.A. Haji Mat Don, A. Mohamed, et al. Mater. Charact., 2008, 59: 229. [4] M. Moradshahi, T. Tavakoli, S. Amiri, et al. Surf. Coat. Technol., 2006, 201: 567. [5] W. Sha, M.A. Haji Mat Don, A. Mohamed, et al. Mater. Charact., 2008, 59: 229. [6]王積森,馮忠彬,孫金全等.材料導(dǎo)報(bào),2008,20:8 [7] 沈思特. 金屬熱處理學(xué)報(bào), 1986, 2:11. [8] 程先華. 金屬熱處理, 1990, 12:3. [9] 鄧光華. 金屬熱處理, 1995, 11:8. [10] J. Baranowska, K. Szczecinski, M. Wysiecki. Vacuum, 2001, 63:517.
同類課題研究水平概述
- 滲氮作為一種化學(xué)熱處理的方法在工業(yè)上應(yīng)用已經(jīng)有近百年的歷史,我國(guó)從上世紀(jì)50年代開(kāi)始采用這種技術(shù),在整個(gè)制造業(yè)中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用。 滲氮不僅能提高零件的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度,同時(shí)還可以使零件具有良好的紅硬性、變形小、尺寸穩(wěn)定和使工件表面呈壓應(yīng)力狀態(tài)等優(yōu)點(diǎn)。但是它有著生產(chǎn)周期長(zhǎng)(幾十到上百小時(shí))、生產(chǎn)成本高、表面脆性較大的缺點(diǎn)。因此,研究的主要方向集中在不斷探索新方法以縮短滲氮生產(chǎn)周期和降低滲氮層脆性,降低基體畸變,擴(kuò)大此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍上。根據(jù)國(guó)內(nèi)外已發(fā)表的資料,目前滲氮處理大致有以下幾種方式: 1、調(diào)整滲氮工藝,加快滲氮速度 目前大多數(shù)廠家采用二段、三段氮化工藝代替等溫滲氮,第一階段一般現(xiàn)在500℃左右滲氮一段時(shí)間使工件表面形成高彌散度的氮化物顆粒,保證硬度,第二階段將溫度提高到550℃左右繼續(xù)滲氮,加速氮原子擴(kuò)散。這種方法比等溫氣體滲氮縮短一半時(shí)間,但是由于溫度較高,基體畸變嚴(yán)重。 此外還有載體法、縮短換氣時(shí)間、取消換氣工序直接加熱、改變氣氛加入氮?dú)馓岣叩盏刃鹿に?,這些方法都屬于對(duì)傳統(tǒng)氣體滲氮工藝的改進(jìn)。 2、采用物理方法加快滲氮速度 這一類比較常用的方法有:離子滲氮法、高頻加熱滲氮法、高壓滲氮法、超聲波滲氮法、磁場(chǎng)或紫外線預(yù)處理滲氮法、電解氣相催滲法等。其主要原理是通過(guò)物理方法提高外界氮?jiǎng)菁涌鞚B氮速度從而達(dá)到降低處理溫度提高速度的目的。 3、采用化學(xué)方法加速氣體滲氮 此方法適合于無(wú)鋁鋼,對(duì)不銹鋼、耐熱鋼特別有效。這些鋼含有13-28%的Cr,零件表面易形成厚度在0.5-1nm的Cr2O3薄膜。極穩(wěn)定的鈍化膜使得氮原子無(wú)法穿透,這類方法的主要原理是將鈍化膜通過(guò)化學(xué)的方法去除,達(dá)到建立滲氮層的目的。此類方法包括預(yù)磷化處理、加氧滲氮法、潔凈滲氮法和鍍鈦滲氮等。 除了以上幾種滲氮工藝的改進(jìn),滲氮處理還出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)可控滲氮和滲氮復(fù)合熱處理工藝的趨勢(shì)。 現(xiàn)在不少?gòu)S家將老式滲氮爐現(xiàn)代化改造,實(shí)行計(jì)算機(jī)可控滲氮??梢跃_控制爐內(nèi)氮?jiǎng)?,根?jù)處理材料的不同使用不同的工藝滿足要求,精確控制使得產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定提高了工作效率。 常用的滲氮復(fù)合熱處理工藝有滲氮或軟氮化后立即快速淬火,滲氮或軟氮化后加完全淬火或表面淬火,滲氮、軟氮化或硫氮共滲加氧化處理等技術(shù)。這些方法通過(guò)將氮化與淬火等熱處理工藝相結(jié)合,達(dá)到提高零件綜合性能的目的。