专利名称：硫化处理铁合金部件的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于处理金属表面并且更一般地是铁合金部件的表面的方法，目的在于提高它们的抗咬合性(résistance au grippage)。
背景技术：
这种处理对于本领域技术人员来说是十分熟悉的，并且在机械元件的设计中被广泛地采用，例如，当部件之间需要在严格的负荷和压力条件下彼此进行磨擦时。这种处理还可适用于或者被应用在润滑(使用油、脂等)以及不存在这种润滑的情况下。
人们已经提出了各种不同的方法在铁合金部件表面上形成适用于改进与环境的相互作用的化合物。
各种已知的处理方法包括适合于改善耐腐蚀性的表面氧化方法。还已经工具的磷化处理方法，该方法通过产生磷酸铁的表面层而可用于大幅度地提高润滑效果。
最后还已知硫化处理的方法。
本发明更具体地涉及后一种类型的处理。
钢的硫化以及硫化铁表面层对润滑的影响是本领域技术人员特别熟悉的，并且例如可由专利FR1406530和FR2823227的教导获知。
根据专利FR1406530的教导，处理的金属部件被浸没在离子化熔融盐浴中。这种使用熔融盐的电解硫化会给环境带来危害。
根据专利FR2823227的教导，具有适当厚度和Fe/S比的硫化铁涂层被沉积到待处理的部件上，该涂层选自其表面具有至少2.6的分形维数的涂层。另外，该方法采用的电解硫化可能会带来限制其生产率的技术约束。此外还注意到，所使用的盐是昂贵的。
另一种解决办法由专利US6139973的教导可知，该专利涉及一种用于通过水溶液的阴极来电解沉积硫化铁的方法。在其缺点当中，除了电解方法中涉及待处理部件形状的固有限制外，还显现出的缺点是Fe/S层不是通过化学反应获得的，而是通过沉积到钢表面上来得到的，这带来了明显的附着力的问题。
发明内容
本发明所要解决的问题一方面是降低毒性，另一方面要避免使用电解，以便所需的能量被限制在维持水溶液在预定的温度。
还要遵循地是，在没有电流通过的情况下可以高精确性且高再现性地控制表面层的组成、厚度和连续性，并且还可以处理复杂形状的部件，包括那些具有空腔(钻孔、盲孔、齿轮等)的部件。
为了解决这种问题，已经构想并研究出一种用于硫化处理铁合金部件的方法，根据该方法，将部件浸入无电流通过的水溶液浴中，将其加热到大约100℃-140℃的温度并保持大约5-30分钟的持续时间。水溶液浴具有一定浓度的氢氧化钠、硫代硫酸钠和硫化钠。
氢氧化钠起到铁合金部件的腐蚀剂的作用，并且可释放硫化铁层在部件上沉淀所需的Fe2+和Fe3+。硫代硫酸盐的硫组分还可以使得这种硫化铁层沉淀。最后，硫化铁在硫化方法中还是一种重要的试剂。
有利地，所述浴的硫化能力需要存在浓度为400-1000g/l的氢氧化钠、浓度为30-300g/l的硫代硫酸钠以及浓度为60-120g/l的硫化钠。
有利地，所述浴的工作温度为大约120℃-140℃。为了简化，可在沸点进行工作，该沸点取决于水溶液的组成。
按照标准ASTM-D-2170，通过在Faville Levally试验机上进行试验来评价由本发明处理方法产生的抗咬合性。
本领域技术人员众所周知的是，这个试验在于处理直径为6.35mm且高度为50mm的圆柱形试件，该试件由表面硬化、淬火和磨制的16NC6钢制成。该试件被夹在两个被切成90°V形的钳口之间，并随着时间的变化对其线性增加负荷。当出现试件咬合或者蠕变(fluage)时停止试验。这个试验是以被称作Faville等级的量为特征的，其是相对于时间施加的负荷的积分，这个等级以daN.s表示。在这个方面还显示出，当试件采用本发明的方法处理时，Faville等级应当高于12000daN.s，并且试件应当蠕变并且未咬合。
下面参考用于提供信息的非限制性实施例，这些实施例示出了与现有技术的处理相比，利用本发明方法的特征所获得的结果。
实施例1在这个实施例中，比较表面硬化、淬火的16NC6钢的试件在未处理试件(1)、磷化试件(2)、氧化试件(3)、本发明方法的试件(4)的情况下的Faville等级。下表给出了结果
根据本发明处理的试件在水溶液中淬火，该水溶液在制备时包含775g/l的氢氧化钠、200g/l的硫代硫酸钠和90g/l的硫化钠。该处理在130℃下进行15分钟。
由这个试验可以看到，溶液1、2和3对部件的抗咬合性没有任何影响，而考虑到3倍的Faville等级，根据本发明的溶液4的特征为高抗咬合作用。
实施例2在这个实施例中，比较表面硬化、淬火的16NC6钢的试件通过本发明方法(1)和按照专利FR2823227的教导的电解方法进行的Faville试验。下表给出了结果
根据本发明的试件在水溶液中进行处理，该水溶液在浴的制备时包含775g/l的氢氧化钠、200g/l的硫代硫酸钠和90g/l的硫化钠。
该处理在130℃下进行15分钟。
由这些试验可以看到，溶液1和2具有抗咬合性，并且根据本发明方法硫化的试件(1)的抗咬合性能提高36％。
实施例3在这个实施例中，通过改变温度和氢氧化钠(NaOH)、硫代硫酸钠(Na2S2O4)、硫化钠(Na2S)的初始浓度对所有试件进行处理。
在下表中给出了结果
由这个表可以看出-考虑到制备条件和Faville试验等级，溶液1符合所需的特征。
-考虑到它们的硫代硫酸钠和硫化钠的初始浓度，溶液2和3并不符合。这两个实施例说明了硫代硫酸盐和硫化物在处理钢时的协同作用。
-溶液4在水溶液的组成方面类似于溶液1，但它不符合，因为对于试件上的反应来说，处理温度太低，以致于不能有效地发生，也不能赋予抗咬合性。
-尽管与溶液1具有不同的浴组成，但溶液5在抗咬合性方面得到了令人满意的结果。
-溶液6未产生令人满意的抗咬合性响应，因为氢氧化钠的浓度太低。
根据本发明的特征可以观察到，根据所要求保护的方法处理的部件在不同的层含有氧。
由本发明的说明可以清楚地看到本发明的优点，尤其要强调和回顾以下的特征-环境友好；-非常精确且高再现性地控制表面层的组成、厚度和连续性；-在没有电流通过的情况下尤其可以处理复杂形状的部件，包括那些具有空腔的部件。
权利要求
1.一种用于硫化处理铁合金部件的方法，其特征在于将该部件浸入无电流通过的水溶液浴中，该水溶液浴具有一定浓度的氢氧化钠、硫代硫酸钠和硫化钠，所述溶液被加热到大约100℃-140℃的温度并保持大约5-30分钟的持续时间。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于氢氧化钠的浓度为约400-1000g/l，硫代硫酸钠的浓度为约30-300g/l，并且硫化钠的浓度为约60-120g/l。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于所述浴的工作温度为大约120℃-140℃，优选大约130℃。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于浸入持续时间优选为大约15分钟。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法处理的部件。
全文摘要
本发明涉及一种用于硫化处理铁合金部件的方法。根据该方法，将该部件浸入无电流通过的水溶液浴中，该水溶液浴具有一定浓度的氢氧化钠、硫代硫酸钠和硫化钠，所述溶液被加热到大约100℃－140℃的温度下并保持大约5－30分钟的持续时间。
文档编号C23C8/00GK1867696SQ200480030307
公开日2006年11月22日 申请日期2004年10月6日 优先权日2003年10月14日
发明者P·莫兰-皮瑞尔, C·埃奥 申请人:H.E.F.公司