盐浴硫氮碳共渗技术优化

硫氮碳共渗兼具氮碳共渗与渗硫的特点，能赋予工件优良的耐磨、减摩、抗咬合、抗疲劳性能，并改善除不锈钢以外的所有钢铁件的耐蚀性。对于因粘着磨损、非重载疲劳断裂而导致失效的机械构件、刃具和模具有很好的强化效果。工业生产中应用的主要是在590℃以下实施的盐浴硫氮碳共渗。由于处理温度低于相变点，对基体组织与性能无不良影响，且畸变小。

法国于1947年获得专利的Sulfinuz工艺，是在以氰化物为基、添加硫化物的剧毒盐浴中进行的硫氮碳共渗。此种曾被称为硫氰共渗（Sulphocyaniding）的工艺，20世纪50年代至70年代中期应用广泛。从1952～1965年苏联相继开发MA3-2号盐浴；ДИВТ系列（以5号、62号和12号为主）及ДК3-ДИВТ盐浴和与其配套的硫氮碳共渗工艺。后者的主要原料是尿素、碳酸钾、硫代硫酸钠和氰化钠，浴中的氰根（CN-）虽比Sulfinuz盐浴低得多，但仍可高达20%左右。为了避免污染生态环境，法国HEF（液力机械与摩擦学）研究所于1974年研究成功商品名称为Sur-Sulf的无污染硫氮碳共渗新工艺，同时开发了配套的工艺材料——基盐CR4、再生盐CR2。其主要特点是工作盐浴，即在盐原料中不含氰化物，但含有碳酸锂（Li₂CO₃）和硫化钾。通过Li⁺延缓氰酸根（CNO-）的分解速率、减少浴中的CN-含量。同时，由于K₂S的氧化产物（S₂O₃^-2、SO₃^-2等）对CN-的氧化，使共渗盐浴中因化学反应而形成的w（CN-）≤0.8%（见图9-18和图9-19）。

图9-18 浴中氰根含量与碳酸锂含量的关系

图9-19 加或不加K₂S对浴中氰根含量的影响

此外，工作状态下从盐浴逸出的气体符合排放标准，清洗水中的微量CN-无需水处理装置，添加少量化学药品即可使CN-≤0.5mg/L，从而实现了无污染作业。由于上述优点，Sur-Sulf实际上几乎完全取代了如前所述的各种在高氰或中氰盐浴中实施的硫氮碳共渗工艺。

上海工具厂等企业曾采用苏联明斯克汽车厂开发的2号盐浴，即在MA3-2盐浴进行硫氮碳共渗。因作为供硫剂的FeS比重偏析严重，渗硫作用微弱；黄血盐分解出多量氰化钾以及强化效果不太稳定而未能推广。有些工厂在无毒原料氮碳共渗盐浴中添加硫化物，进行渗硫软氮化。因主要活性成分CNO-在20%～45%的很大范围内波动，且CN-不断上升，应用逐渐减少。

1984年武汉材料保护研究所开发了无污染的LT新工艺，其基盐与再生盐质量，盐浴可控性与被处理工件的耐磨、减摩、抗咬合、抗疲劳等性能都达到Sur-Sulf同等水平。所配套的基盐J-1、再生盐Z-1亦同时商品化。

20世纪90年代初成都工具研究所开发掌握了盐浴氮碳共渗-抛光-氧化复合处理技术，其设备和盐都形成了商品，在抗磨、减摩和防锈零件下得到推广应用。

9.2.4.1 应用范围

凡属因粘着磨损（拉毛、擦伤后咬合或磨耗至尺寸超差）、非重载疲劳断裂或剥落而引起失效的机械零件、模具及刀具，除回火温度低于510℃的钢种外，为数90%以上的钢铁牌号的工件，均可通过盐浴硫氮碳共渗获得优良而稳定的强化效果。共渗盐浴的熔点在460～480℃之间，工作温度的下限应高于510℃。

适合盐浴硫氮碳共渗的部分典型工件有曲轴、花键轴、凸轮轴、非重载齿轮、阀门、泵、液压件、非铁金属挤压或压铸模、塑料模、高精度冷冲模、高速钢刀具及各种不锈钢件。

9.2.4.2 盐浴硫氮碳共渗工艺过程

1）共渗前工件应脱脂、除锈，于（350±20）℃预热15～30min或烘干后再转入基盐（共渗盐浴）中。

2）要求以耐磨为主的工件应在520℃共渗60～120min，推荐CNO-的质量分数为32%±2%，S²-通常≤10×10^-6。

3）铸铁工件应在（565±10）℃共渗120～180min。推荐CNO-的质量分数为34%±2%，S²-通常≤20×10^-6。

4）高速钢刃具应在520～560℃共渗5～30min。推荐CNO-的质量分数为32%±2%，S²-通常≤20×10^-6。

5）不锈钢及要求较高耐磨、抗咬合性能的工件应在（570±10）℃共渗90～180min。推荐CNO-的质量分数为37%±2%，S²-（20～40）×10^-6。

6）共渗后的工件应按技术要求，分别空冷、水冷、油冷或在氧化浴中分级冷却。

7）氧化工艺：要求较高耐磨、耐蚀性能及商品外观的工件，共渗后应在350～380℃氧化浴中氧化10～20min。

8）共渗盐浴温度不应超过600℃，并应及时捞渣。在上述前提下盐浴可长期使用。

9）硫氮碳共渗过程中，通入熔盐的压缩空气量按下式计算

Q=（0.10-0.15）G2/3

式中 Q——流量（L/min）；

G——盐浴的质量（kg）。

10）常规分析的盐浴成分为CNO-，必要时抽查CN-、S2-与CO23-。在盐浴重量与装炉量基本固定的条件下测出CNO-下降率后，每周分析一次。

11）清洗粘附有硫氮碳共渗盐浴的工件的废水以及从共渗盐浴中捞出的盐渣，应添加能消除氰根的化学药剂处理，符合GB 8978—1996要求后方可排放。(www.xing528.com)

12）共渗后的工件在氧化浴中分级冷却后再清洗，清洗废水不含氰根及氰酸根，只作酸碱中和处理应符合GB 8978—1996要求后方可排放。

9.2.4.3 质量检验

1.外观

1）共渗后工件呈均匀黑色或黑灰色，高速钢刃具呈灰褐色。

2）不通孔、狭缝、螺纹等处不得滞留残盐。

3）工作面或切削刃等关键部位不允许碰伤和划痕。

4）经氧化后的工件呈均匀的黑色、蓝黑色或棕黑色。

2.硬度

1）表面硬度可检测（HV10、HV5或HV1），显微硬度检测HV0.1或HV0.05。

2）重要工件要逐件检测表面硬度或每炉随机抽检装炉工件的10%～20%；一般工件每炉或每班至少抽检一件。显微硬度仅在测定共渗层硬度梯度的仲裁质量合格与否时抽查。

3）几种常用材料的共渗层硬度见表9-16。

3.共渗层深度

1）化合物层及扩散层深度的测量采用有关标准推荐的腐蚀剂和测量方法。

2）一般钢铁牌号的硫氮碳共渗工件，通常只需测定化合物层与弥散相析出层深度。这两层深度之和与从试样表面垂直测至比基体显微硬度值高30～50HV处的距离大体相同。不锈钢、耐热钢通常只测化合物层深度，高速钢刀具一般只测弥散相析出层深度。

3）测定共渗层总深度时，采用显微硬度法。载荷100g或50g，沿着与试件表面垂直的方向测量显微硬度，并以出现第一个低于基体硬度的点为过渡层的终点。

4）几种常用材料的共渗层深度见表9-16。

表9-16 几种常用钢材共渗层的硬度和深度

9.2.4.4 常见缺陷、产生原因、防止和补救方法

盐浴硫氮碳共渗钢件的常见缺陷、产生原因、防止措施和补救方法列于表9-17。

表9-17 钢件硫氮碳共渗钢件的常见缺陷、产生原因、防止措施和补救方法

（续）

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