枪械液体离子复合渗氮技术正文

1、 离子复合渗氮技术简介  - 一种新型防腐耐磨和表面强化解决方案  离子复合渗氮防腐耐磨处理技术,是我公司最新研发的新型防腐耐磨技术，广泛用于普碳钢、合金钢、特殊钢及不锈钢及其制品的防腐耐磨和表面改性领域，用于解决长期影响机械零件、钢铁制品、枪炮器械、石油管材、水利港口等领域的腐蚀、磨损及螺纹热处理变形问题，可以替代和提升目前使用的气体氮化技术、C、N共渗技术、低温软氮化技术和各种金属和非金属涂镀防腐技术，适合于兵器枪械、航空航天、军舰轮船等领域的金属表面强化和防腐耐磨处理。液体离子复合渗氮处理防腐耐磨技术是升级版的QPQ技术，其技术水平和生产工艺目前处于国际先进

2、、国内领先水平。采用该技术和工艺，可以大幅度地提高枪械、枪炮管机械零件和钢铁制金属的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、抗腐蚀性、抗螺纹咬合、抗黏结的能力，同时提高和改善其综合机械性能。该技术由于是在制品和零件的的本体采用渗入式表面强化，防腐耐磨硬化层本身就是基体的一部分，不会剥落、起皮等问题，管体通长表面及端面的硬度及强化层深度等各项指标均匀一致。彻底解决困扰机械零件和金属制品使用寿命的腐蚀、磨损和螺纹变形粘扣三大难题。  液体离子复合渗氮管技术是我公司的专有技术,具有独立自主的知识产权，已取得中华人民共和国专利，专利号：ZL 2013 2 0417087.2。该技术取得咸阳市政府重大技术

3、专项支持，项目名称：液体离子渗氮技术在汽车零部件的应用，项目编号为：2013K01-11。获得科研补贴30万元液体离子复合渗氮技术在军工和航空航天领域的应用范围： 1、汽车、摩托车零部件：曲轴、凸轮轴、气门、缸套、活塞杆、球头销、摇臂、驱动 轴、雨刮器电机轴、齿轮、壳体等； 2、模具制造：铝合金挤压模、注塑模、橡胶模、冷拉模、冲压模等； 3、刀具：刀杆、刀体、高速钢钻头、铣、铰刀、丝锥、齿轮刀具、拉刀等；  4、轻工机械：打字机零件、冲压件、照相机零件、手机零件； 5、包装机械：滑块、导板、导轨等； 6、纺织机械：弹力丝机、洛筒机、梳棉机件等各种纺织机械零件；  7、军工产

4、品：枪炮管、螺栓、弹盒、齿轮、炮身、导管、衬套、丝杠、发动机轴瓦、曲轴，不锈钢表面强化等；  8、液压设备：钢套、缸体、轴承、泵体、连杆、凸轮、齿轮、垫片等 ；  9，航空航天领域：齿轮，轴，齿轮轴，轴承。 10、电器设备：各种电器开关； 11、供水系统、供气系统，散热系统、制冷系统的管道、阀门、组件等。液体离子复合渗氮技术和工艺适合的钢种：该技术工艺适合所有黑色金属和马氏体不锈钢材料： 结构钢、低合金钢：钝铁、Q235、20、20Cr、20CrMnTi、20CrNiMo、35CrMo、42CrMo、45、40Cr、50CrV、65Mn、38CrMoAl。渗层表面

5、硬度：500800HV工具钢、合金钢：T7T12、5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V、GCrI5、HI3(035%C、15%Mo、5%Cr、1%Si、1%V）、Cr12MoV、38CrMoAl、1Crl34Cr13等。渗层表面硬度：8501000HV。 不锈钢、高速钢：0Crl3 4Crl3、201、301、304、316、1Cr18Ni9Ti、0Crl8Nil2MoTi、4Cr9Si2、5Cr21Mn9Ni4N、淬火的Wl8Cr4V、W6Mo5Cr4V2及1Crl8Ni9Ti。 层表面硬度：10001250HV 炮钢：25Cr3Mo2NiSiWVNb、30SiMn2MoVA、30

6、Cr3MoV、50BA 层表面硬度：8001000HV 铸铁：灰口铁、可锻铸铁、球墨铸铁、耐磨合金铸铁。 渗层表面硬度：>500HV。 铁基粉末冶金件。 一、 渗氮热处理机理 1、渗氮原理  渗入钢中的氮一方面由表及里与铁形成不同含氮量的氮化铁，一方面与钢中的合金元素结合形成各种合金氮化物，特别是氮化铝、氮化铬。这些氮化物具有很高的硬度、热稳定性和很高的弥散度，因而可使渗氮后的钢件得到高的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、抗咬合性、抗大气和过热蒸汽腐蚀能力、抗回火软化能力，并降低缺口敏感性。与渗碳工艺相比，渗氮温度比较低，因而畸变小。2、 液体离子复合渗氮其工艺方法是，特种配方的融盐

7、液体，在一定高的温度下，在盐浴槽和机械零件和管件之间加一定电压的直流电，在电场作用下，融盐中的某种物质被电解，使氮和其它元素呈离子状态源源不断加速吸附在机械零件和管件表面，并扩散至钢的内部，形成抗蚀、耐磨的表面层。 液体离子复合渗氮热处理技术是在金属基体表面渗入了N、C 、O、S等元素，并在金属表面形成化合物层和扩散层，大幅度提高金属表面的耐磨性、耐腐蚀性和耐疲劳性，这是单一热处理或单一耐腐蚀技术所不能相比的。一般热处理和表面硬化技术只能提高耐磨性，不能提高耐腐蚀性，而绝大部分耐腐蚀技术都不具备高的耐磨性，液体离子复合渗氮表面热处理技术则两者兼而有之。   1、液体离子复合

8、渗氮表面热处理后在金属表面形成的化合物层为Fe4-N（Fe2-3N），是一种N的质量分数为6%以上的化合物及含氮奥体组织，它与普通热处理形成的碳的过饱和固溶体（淬火马氏体）有本质的区别。   2、液体离子复合渗氮表面热处理的化合物层经过氧化处理后，在机械零件和管件表面形成一层致密化合物，具有很好的的耐腐蚀性、耐磨性和减磨效应,尤其该技术独特的减磨机理和减磨效应，打破了传统的以提高表面硬度增加耐磨性能的概念，使金属摩擦副结合面越磨越光、越磨越硬。同时给予机械零件和管件较好的韧性,保证了机械零件和管件综合机械性能。3、对比陶瓷内衬机械零件和管件以及内表面钨合金镀、钛纳米材料内表

9、面涂层、内衬塑料复合机械零件和管件等涂镀表面处理技术，液体离子复合渗氮处理高防腐耐磨机械零件和管件更有优势，彻底避免了上述几种机械零件和管件的内皮脱落、起皮、卡泵、耐磨性差、划伤等缺陷。 4、由于设备工艺上采用了钛/锆/耐高温不锈钢复合材料和中频感应加热方式，具有离子渗氮的功效，加快了渗氮速度，使得渗氮层更深。 二、本公司离子复合渗氮处理工艺介绍工艺路线：清洗预热氮化（液体、气体）氧化冷水淬火热水清洗时效处理浸油包装本公司离子复合渗氮工艺技术，在国内首创将气体渗氮、液体渗氮和离子渗氮三者融为一体，吸收其各自的优点和钢种适应性，达到理想的综合效果。1、本公司液体离子复合渗氮技术是升级版的QPQ

10、,处理速度更快、渗层深度更深、渗层组织更优化，在工艺上实现了以下四方面的复合： 在工艺上是指在氮化盐浴和氧化盐浴两种盐浴中处理工件,实现了渗氮工序和氧化工序的复合. 渗层组织上是氮化物和氧化物及含氮奥氏体组织的复合 性能上是耐腐蚀性和耐磨性的复合 技术上是热处理技术和防腐技术的复合 实现了离子渗氮技术和氮化处理技术的复合 2、本公司气体渗氮技术，采用具有多功能气体渗氮炉和渗氮工艺，可以实现以下工艺要求： 常规氮化和脉冲氮化 碳氮共渗 气体+液体复合氮化 三、 主要技术指标 : - 渗氮化合物厚度15-50m,最深达100m扩散层达200-500m。 - 渗层组织具有独特含氮奥氏体组织和独特的减

11、磨效应 ，耐磨性比淬 火及渗碳淬火高10倍以上 - 渗层表面硬度5001250HV， - 抗蚀性比镀硬铬高20倍以上，高于镀镍！ - 盐雾试验可达120小时以上,最大可达1000小时 - 解决硬化变形难题是其特长，工件几乎不变形！ - 螺栓螺纹处理前后齿形变形量小于螺纹公差带的五分之二！   1、良好的耐磨性   机械零件和管件的磨损失效，是影响机械零件和管件使用寿命的关键因素之一。适当增加渗层相（Fe2-3N）相对量、以及含S化合物，在渗层中形成含氮奥氏体组织，其减磨特性可显著提高机械零件和管件耐磨性。可有效地降低钢制机械零件和管体的磨粒磨损、疲劳磨损、胶合磨损

12、三种方式的磨损。  （1）、降低磨粒磨损。摩擦的机械零件、管件和对磨件之间容易产生微观切削的磨粒磨损。它是当凸起部向对面侵入产生的一种磨损。砂粒对机械零件和管件的磨损就属于这种类型。对这种类型的磨损来说则管体表面的硬度越高，其耐磨性越好。 液体离子复合渗氮热处理的表面硬度大幅度提高，使其抗砂粒磨损能力大大提高。由于 液体离子复合渗氮热处理获得的表面组织是相（Fe4N）、相（Fe2-3N），不同于普通热处理获得的硬组织（Fe3C或合金碳化物和碳马氏体组织）有微观过剩碳化合物造成的微观磨粒磨损。所以 液体离子复合渗氮热处理的合金钢机械零件和管件较之其他单纯提高硬度的处理方式其耐磨性成倍提

13、高。  （2）、降低疲劳磨损。欲减少疲劳磨损必须提高材料的表面疲劳强度。 液体离子复合渗氮热处理由于提高了扩散层的硬度并保持了它的高韧性，提高了机械零件和管件的疲劳极限，减少了疲劳磨损。 （3）、降低胶合磨损。欲防止胶合磨损的产生，应该减少胶合处的结合力或提高基体金属的强度。即胶合处的抗剪强度（S）与基体的屈服强度（P）之比（S）/（P）=F越小，则产生的胶合磨损的可能性越小。 液体离子复合渗氮热处理技术的作用就在于基体材料选定之后，在管体表面形成了良好的保护膜，它可大大减小胶合处的结合力，可减少胶合磨损可能性的产生。  在机械零件和管件的使用过程中会有两种或两种以上的磨损

14、同时发生，有时还会伴随腐蚀和高温同时产生，使磨损变得复杂。 液体离子复合渗氮热处理由于提高了机械零件和管件表面的硬度、疲劳强度减少摩擦副之间的结合力、降低摩擦系数、而且有一定的防腐蚀作用，因此可以抵抗多种类型的磨损和带有腐蚀的磨损。不同的处理方式经摩擦实验对照结果如下： 不同处理方式机械零件和管件滚动摩擦实验磨损值比较（材料、金属挂片试件） 序号 处理方式 硬度 磨损值（mg） 相对磨损比 1  液体离子复合渗氮 700HV0.57 1 2镀硬铬 900HV  45

15、.7（剥落）80.17  3 渗碳淬火 63.5HRC 5.5 9.6 4  高频淬火  60.7HRC 9.2 16.1 5 常规淬火  59.8HRC 9.3 16.3不同处理方式机械零件和管件滑动摩擦实验磨损值比较（材料、金属挂片试件） 序号 处理方式 硬度 磨损值（mg） 相对磨损比 1  液体离子复合渗氮 700HV0

16、.22 1 2镀硬铬 813HV0.46 2.1 3离子渗碳 700HV0.62 2.8 4  渗碳淬火     63.5HRC3.1214 5 高频淬火  61HRC5.18 23.7 6 常规淬火   58HRC 6.46  29.4    综合考虑滚动摩擦实验和滑动摩擦实验的结果， 液体离子复合渗氮热处理合金钢机械零件和管

17、件的耐磨性比常规淬火机械零件和管件、高频感应淬火的耐磨性高16倍以上，是镀硬铬、离子渗氮的2倍以上，为提高机械零件和管件的耐磨性提高了可靠依据。 2、耐腐蚀特性  液体离子复合渗氮热处理的耐腐蚀性远远高于镀铬、镀镍等表面防护技术的水平，甚至比某些不锈钢的耐腐蚀性还要高。这种高的耐腐蚀性是依靠渗层组织极为稳定，以获得的致密相（Fe2-3N）和含氮奥氏体组织，其耐腐蚀性超过镀铬处理10倍以上。极佳的耐腐蚀特性使其可适应富含（H2S、HCI、H2CO3）等侵蚀性物质的恶劣地质环境，并且解决了产品出口海运过程中的海上盐雾腐蚀难题。具体实验比较数据如下：机械零件和管件不同处理方式的盐雾实验（试

18、样开始生锈的时间h） 试样状态J55 N80 N80Q 耐腐蚀性比较普通机械零件和管件0.5 0.50.5 1 普通氮化机械零件和管件17171734 离子复合渗氮2087592150-416 雾天放置耐腐蚀性比较 序号试样种类开始生锈时间（天）相对耐腐蚀性比较 1 液体离子复合渗氮机械零件和管件3641 21Cr18Ni9Ti801/4.5 3镀装饰铬551/6.6 4 镀硬铬231/16 51Cr13141/26 6发黑处理51/73

19、0;   由上述实验可知， 液体离子复合渗氮热处理合金钢机械零件和管件在大气中的耐腐蚀性是镀硬铬的16倍，1Cr13不锈钢的26倍，1Cr18Ni9Ti不锈钢的4.5倍。不同材料及处理方法盐雾试验耐腐蚀性比较 序号试样种类开始生锈时间（d）相对耐腐蚀性比较 1 液体离子复合渗氮机械零件和管件1401 21Cr18Ni9Ti281/5 3镀装饰铬41/35 4 镀硬铬21/70 51Cr133.51/40 6发黑处理0.51/280  由上述实验可知， 液体离子复合渗氮热处理合金钢机械零

20、件和管件抗盐雾耐腐蚀性是镀硬铬的70倍，装饰铬的35倍，1Cr13不锈钢的40倍，1Cr18Ni9Ti不锈钢的5倍。综合上述实验结果可知 液体离子复合渗氮处理后的合金机械零件和管件可有效地提高石机械零件和管件的耐腐蚀性。 3、高硬度、抗咬合、抗黏结特性  液体离子复合渗氮处理后的合金钢机械零件和管件表面有一层致密、高硬度的非金属化合物，HV达700900以上，尤其是S的共渗化合物具有良好自润滑性能，抗咬合、黏结特性显著，可完全避免黏扣现象。 4、表面硬度及硬度梯度  较之其它表面处理方法， 液体离子复合渗氮热处理合金钢机械零件和管件技术的重要特点是处理后的组织可实

21、现稳定可调，以获得所重要的相（Fe4N）、相（Fe2-3N）、Fe3C化合物层结构以及 与基体合金的相应化合物组织。通过对液体离子复合渗氮处理参数的调整可获得相应所需的组织，如硬度极高的白亮色金相显微组织白亮层，同时获得连续的硬度梯度。（见附录一） 5、良好的机械性能  在生产过程中通过对各种参数（温度、速度、时间）的合理控制以及控制 ,液体离子复合渗氮层的组织结构可获得10-30µm的含N奥氏体组织,具有较好的韧性和延伸率，保证机械零件和管件综合机械性能。 6、抗疲劳性  液体离子复合渗氮热处理技术可显著提高材料的疲劳抗力。耐疲劳性能的提高主要依靠化合

22、物层以下的扩散层的作用。氮过饱和地固熔与Fe中，可阻碍位错的移动，可使渗层具有更高的疲劳极限，从而提高了材料的疲劳强度。 7、组织均匀性  由于 液体离子复合渗氮的技术特点，使管体在长度方向上组织及综合性能均匀一致。完全克服了气体渗氮、辉光离子渗氮等其它氮化工艺造成的性能不均匀缺陷。5、 技术应用 1、铁路配件中铁西安铁路信号公司，承担香港地铁转辙机供货，一年后，所有螺栓全部生锈腐蚀，在国内选择达克罗、热镀锌、复合渗氮三项处理螺栓进行耐腐蚀性能比较，只有我公司的处理工件达到120小时盐雾试验要求，被确定为唯一防腐耐磨处理供货商，2、 石油油管长庆油田、延长油田和咸阳石油钢绳钢管厂委托

23、我公司进行石油油管和泵管防腐耐磨试验，各项性能指标达到美国API标准要求，其中防腐性能提高5-6倍，耐磨性能提高3-5倍，连接螺纹在1.5倍最大扭矩下，螺纹不黏口。3、 空调压缩机连杆销轴 空调压缩机噪音源主要有两个，一是压缩机连杆摩擦副间隙过大，二是管道震动。我们对压缩机连杆孔和销轴进行特殊处理，经100小时加速寿命试验，基本上无磨损。技 此术可以推广到坦克、鱼雷、航空发动机和航空发动机测速仪上。4、 枪管防腐耐磨处理 兵器重庆建设机械公司，一直进行液体渗氮用于枪管表面处理研究，其渗层硬度、渗层深度和耐磨性达不到枪管要求，委托我公司对枪管进行复合渗氮处理，材料为30SiMn2MoVA、50B

24、A.我们选择30SiMn2MoVA、50BA、25Cr3Mo2NiSiWVNb、30Cr3MoV三种材料进行试验，目前已取得阶段性成功。 重庆技术要求： 1）材料及热处理 50BA 调质态 HB300，淬火860、回火520. 30SiMn2MoVA 调质态 HB300，淬火880、回火640. 2）性能要求 渗层硬度：不低于800HV 渗层有效深度大于0.05mm，或涂层不小于0.02mm. 表面粗糙度小于Ra0.4 耐蚀性，耐磨性、高温氧化和耐烧蚀性均不低于Cr(6价)层 3）工作条件 弹膛瞬间温度 800-900，射出温度500. 弹膛瞬间压力 300PMa 子弹出膛速度 900M/S

25、枪管最大长度 8M4）其他要求 完全代替镀铬工艺 可以推荐其他代替材料。5、 导弹发射筒 导弹发射筒内壁材料为不锈钢，东方厂要求对不锈钢进行强化处理。强化后耐蚀性有所降低。目前在进行耐蚀性试验。目前已达到20-30， 六、主要设备参数 1、Ø300-500mm试验生产线设备名称设备型号主要参数装载工件预热炉 TMSD-R-1s内径Ø300mm,炉膛有效高度500mm最大轮廓尺寸Ø250×350最大装载重量 15Kg渗氮炉 TMSD-S-1s内径Ø300mm,炉膛有效高度500mm氧化炉 TMSD-Y-1s内径Ø300mm,炉膛有效高度

26、500mm 2、Ø800-2000mm生产线设备名称设备型号主要参数装载工件预热炉TMSD-R-1C内径Ø800mm,炉膛有效高度2000mm最大轮廓Ø700×2000最大重量 500Kg渗氮炉TMSD-S-1C内径Ø800mm,炉膛有效高度2000mm氧化炉TMSD-Y-1C内径Ø800mm,炉膛有效高度 2000mm 3、真空脉冲多功能井式渗氮炉 设备型号 RN6-45-8KM炉罐尺寸550×650mm工作功率45KW温度均匀性±5升温速度2h控温精度1控制方式 罐内外串接控制最大装载量200Kg附录一 渗层显

27、微金相组织及硬度梯度附录 专利证书附录三 石油管耐磨试验报告（附后）附录四 石油管上下口试验报告（附后）附录五 机械性能测试报告 （附后）附录六 耐腐蚀试验报告（附后） ¢25×2普通钢管（材料Q235,96小时盐雾试验未生锈，盐雾试验之后大气中放置至今共2年未见腐蚀生锈）西安铁路信号公司香港地铁转辙机防腐耐磨紧固螺栓8.8级 M24*300 摩托车减震器防腐耐磨钢管西安铁路信号工厂 转辙机防腐耐磨垫板钢轨防腐耐磨T型紧固螺栓 30SiMn2MoVA、50BA内壁强化长庆油田延长油田 防腐耐磨石油管咸阳钢绳钢管厂防腐耐磨抽油泵管 电冰箱压缩机活塞 复合渗氮( T/N)金相组织图C、N共渗金相组织图陕西铁马铸锻有限公司盐雾耐防腐试验评价报告报告日期2016年.1月8日样品名称泵管顾客名称咸阳钢绳钢管有限公司样品型号N/A批号N/A保护层属性镀铬 底漆 面漆 其它（液体离子氮化）申请单位咸阳钢绳钢管有限公司机械申请单号2015.12.30要求时间120小时试样数量原始件2件，复合渗氮2件试样状态无预制损伤，化合层29.6µ