更新时间:2022-10-25 14:14
催渗剂的概念与催化剂有所不同,催渗剂在参与化学反应时有一定的物质消耗,共同点是都是使渗入速度加快。下面以实例介绍几种催渗剂在化学热处理中的作用。催渗剂应用较多的有稀土催渗剂、BH催渗剂等。
化学热处理工艺周期长,能耗大,成本高。缩短化学热处理过程主要有化学催渗方法与物理加速方法。化学催渗方法,如加入催渗剂、电解气相催渗等。催渗剂的使用较为方便,节能效果明显,国内应用较为广泛。催渗剂应用较多的有稀土催渗剂、BH催渗剂等。
80年代哈尔滨工业大学学者首次开发了稀土催渗剂及稀土催渗技术,稀土催渗碳的效果主要表现在:一是能够显著缩短渗碳周期,减少能源消耗;二是能够降低渗碳温度,减少工件畸变;三是能够改善零件的显微组织。
80年代陕西机械学院的教授在试验中发现,某些化学物质(如氯化物等)对渗碳和碳氮共渗具有催渗作用。90年代后期西北大学“BH催渗技术”应用研究取得成功,通过BH催渗剂的使用,降低了工艺温度,减少了工件畸变,细化了零件金相组织,提高了生产效率,降低了能耗和成本。
我国自主开发的稀土催渗剂和BH催渗剂,用于齿轮和轴承等零件的渗碳热处理,在同一温度下可提高渗碳速度20%以上,在同样渗速条件下可降低渗碳温度30℃左右,因此节能效果显著。其已在国内上百家企业得到广泛的应用,取得了显著的经济效益。
稀土催渗剂大多以稀土氯化物为原料,稀土氯化物(RECl3)也可由稀土氧化物(REO3)制备,其方法如下:
1)将稀土氧化物直接溶于氯化氢溶液中,可直接得到水含氯化物。
2)稀土水含氯化物应加热脱水,当温度在360~680℃范围时,水解产生难溶于水的氯氧化物碱式盐,使稀土氯化合物中夹进杂质。
3)在水含氯化物溶液中加入过量的氯化铵,可消除上述氯氧化物生成。
4)以每摩尔RECl3,加入6摩尔NH4Cl到稀土氯化物水溶液中,然后将溶液缓慢加热到130~200℃,不断搅拌蒸发至干,可得到含有结晶水的稀土氯化物结晶盐。
5)将稀土氯化物结晶盐在真空条件下再缓慢加热到200℃去除水分,然后将温度再升至300℃升华除去多余的氯化铵。最后所得稀土无水氯化物结晶盐,由于吸水性很强,应保存在惰性气体中。
稀土催渗碳在汽车变速器齿轮、减速器齿轮、内燃机活塞销、机床摩擦片、模具等零部件上得到了广泛应用。例如,在活塞销上应用稀土渗碳取得明显效果,加稀土后,可提高渗碳速度20%~30%,节电70%,热处理成本下降60%。
稀土催渗碳不仅适用于连续式气体渗碳炉,也适用于周期式气体渗碳炉(如多用炉、井式炉)等。
视材料和工艺不同,稀土添加可使碳氮共渗渗速提高20%~50%,已在微型发动机曲轴材料(40Cr、40CrNiMo钢)、重载汽车弹簧锁紧件(08钢、20钢)、铝合金热挤压模(H13钢)、活塞环、38CrMoAl钢等材料和零件上得到广泛应用。
在常规化学热处理过程中,通过使用BH催渗剂,可以获得明显的节能减排效果。
BH催渗剂在多用炉上对弧齿锥齿轮催渗碳的应用表明,采用渗碳温度不变,可提高渗碳速度25%;一台多用炉每年催渗剂消耗4.21万元,但可多生产19500套产品,增加产值80.40万元,节能效果显著。
BH催渗剂在连续式渗碳炉上对EQ一153型载货汽车后桥弧齿锥齿轮催渗碳的应用表明,渗碳层深度1.7~2.0mm,推料周期由原来的60~65min缩短到现在的45min,产量提高33%~45%,获得了明显节能效果。