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4.2.1.TDND(Thermal Diffusion of Nano-Diamond)與化學熱處理與電化學熱處理

【閱讀】35 次    【發布】2018-05-18 21:42

4.2.TDND工藝與傳統模具工具表麵處理技術比較


4.2.1.TDNDThermal Diffusion of Nano-Diamond)與化學熱處理與電化學熱處理

的比較

⑴擴散物質不同


納米金剛石固態熱擴散(TDND)與傳統滲碳滲氮滲金屬擴散物質的差別如表4.1.

4.1.不同表麵表層改性熱擴散技術擴散物質比較

介質

物態

尺寸

其他

滲碳

含碳物質

固、液、氣

原子

非原子態需分解成高活性原子態

滲氮

氨氣

原子、離子

分解成活性氨原子

碳氮共滲

含碳氮物質

固、液、氣

原子、離子

需分解成活性原子

滲金屬

含金屬元素滲劑

固、液、氣離子

原子、離子

分解成活性原子

滲金剛石

金剛石粉

納米粒子

不分解、粒子擴散

傳統工藝,所滲物質必須在擴散前分解成原子或離子;而滲納米金剛石是固態納米尺度的金剛石顆粒直接擴散進基體。這是表麵處理技術的重大創新。理論上,將金屬物理中的擴散隻能在微觀的原子尺度發生推進到介觀的納米尺度階段如不考慮金剛石納米粒子擴散進入鋼鐵基體內可能發生的化學反應,成人app快豹甚至可稱呼納米金剛石熱擴散為物理熱處理。




⑵工藝流程比較

TDND工藝流程:


①加工好的工件除鏽

將工件待處理表麵塗覆特種納米金剛石促滲膠體後置於封閉容器內並以納米金剛石粉體覆蓋待處理部位,移入熱處理爐膛加溫→

普通低真空+可控熱處理爐內滲納米金剛石 ,滲畢→

爐冷卻至室溫並從容器內取出工件並去除粘覆粉體

淬火、回火

清洗、自然幹燥或烘幹。

化學熱處理的滲碳滲氮工藝流程比較

滲碳工藝路線為:機加後零件預處理→滲碳→熱處理→磨削→檢驗。

預處理工序為:滲碳工件盡量用機械方法除鏽,如噴砂(大型件)、滾光(小型件)

TDVD預處理要求簡單,隻需除鏽,對於鑄件隻需噴砂。

電鍍處理工藝比較

工件預處理 (磨光---拋光---脫脂---水洗---除鏽---

電鍍(不需電鍍表麵掩蓋)---

鍍後處理(酸洗---堿洗---清洗---吹幹---除氫)

預處理滲納米金剛石複雜

工藝過程控製參數比較:


納米金剛石隻需控製納米金剛石的粒度、分散性,控製好溫度和保持低真空度或較低的氧含量電鍍工藝要控製的參數卻很多:

•鍍液成分、濃度控製:金屬鹽、導電化合物、絡合物、緩衝劑、陽極去極化劑、有機添加劑(光亮劑、平整機、潤濕劑、晶粒細化劑);濃度控製。

•電解液規範控製:電流密度、電流效率、導電率、波形、換向、溫度、攪拌、過濾等。

•電極控製:形狀、尺寸、材料、與鍍件間隙、陰極極化度。

•鍍槽:形狀、尺寸

•基體:油汙清潔,光潔度、對氫過電位影響。

電鍍工件結構、尺寸受米長的的軸類件由於隻能沿軸長方向移動電極,故超時間未鍍的部位容易氧化,影響鍍層質量的一致性;小直徑孔、太淺太深的台階等凡是電極與鍍麵間距離難以控製的零件受限製

TDND結構、尺寸、重量不限。

滲層與基體間結合狀態

滲氮不同(滲氮層為白層,與基體間有明顯界麵),與滲碳一樣

TDND基體與滲層間無界麵。參見4.1.

4.1.不同工藝技術滲層深度、滲層與基體界麵狀態比較


圖中A為滲納米金剛石,從下至上都是滲層的一部分,灰白帶為超細晶、納米晶、納米金剛石顆粒複合材料、白層與細晶間明顯界麵,細晶內仍是滲進納米金剛石的組織直至10-15mm處。B.為滲碳,滲層與基體間也無明顯界麵,但滲層常達2mmc滲氮,滲層隻能達十幾微米上百微米,且基體與間界麵明顯;(d滲金屬硼,滲層可深達0.02 mm,基體間同樣界麵顯著。

與基體有明顯界麵滲層表層與基體金相組織和力學性能一定非連續梯度突變;滲層基體無界麵的組織力學性能呈連續梯度平滑變化。這種巨大差別直接導致:無界麵滲納米金剛石表層處理技術抗疲勞、衝擊、剝層磨損性能遠遠超過傳統工藝技術。在使用中根本不存在剝層失效。


⑷ TDND擴散速度


TDND擴散強度遠高於滲碳滲氮,見表4.2.


4.2.不同擴散介質擴散速度、擴散深度比較


工藝

滲深

mm

滲速

mm/min

力學性質

特質

滲碳

0.5-2

0.15-0.2

連續

一般

滲氮

0.3-0.5

0.01-0.02

非連續

耐蝕較好

滲金屬

微米級

0.001-

0.002

非連續

平直界麵

耐蝕較好。個別減摩

PVD

CVD

微米級

0.00002-

0.001

非連續

耐蝕較好,耐高溫氧化、個別減摩

電鍍

微米級

0.001-0.002

非連續

耐蝕好

滲納米金剛石

0.5-10

0.5-10mm

連續

耐蝕好於基體,大部分強減摩。


4.2為沿著滲深方向測得的滲納米金剛石熱處理後硬度分布。 滲納米金剛石的時間:雙麵滲27小時Q345B鋼板相同淬火回火溫度下的硬度小於40HRC了納米金剛石的最低硬度已52HRC,可見納米金剛石已經滲透了20mm厚的板子;由於納米金剛石濃度早已超出了最低飽和度,可估算出滲速高於10mm/27h,即高於0.4mm/h,考慮到不同合金鋼的成分和淬透性的差別和應以最低飽和度計算納米金剛石的滲速將高於0.5-1mm/h.


4.2. 20mm厚的Q345B鋼板滲納米金剛石滲層深度及滲速



4.330CrMnMoRE鋼板單麵滲納米金剛石15小時滲層的深度和硬度非分布

4. 30CrMnMoRE15小時納米金剛石深和硬度分布

按推算1GPA=100HV4.3表明,滲納米金剛石的表麵維氏硬度HV=1120左右,對應70-71HRC。即便未滲納米金剛石的30CrMnMoRE的淬火硬度達61HRC(如虛線)也可得出金剛石滲深已經達到20mm;滲速高達1.3mm/h,是滲碳的十幾倍

拉曼光譜測試,結論相同。