本发明属于热处理，涉及一种改善气氛热处理残氧问题的处理方法。
背景技术：
1、气氛保护热处理和真空热处理是保证零件产品表面质量和性能的重要手段。目前市场上的工业用氮气、氩气、氦气等惰性气体，虽然公称纯度很高，但是通入高纯氮气进行氮化实验试样表面依然会产生氧化层，分析原因是工业氮气纯度依然不满足要求，氧化层影响氮化物的产生和氮化物的向内扩散。
2、通过添加气体净化装置脱氧也是一种解决办法，但是成本较高。通过在气氛中适当掺入氢气也可以中和部分残氧，但是使用氢气瓶存在安全风险较大的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种改善气氛热处理残氧问题的处理方法。
2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：
3、本发明提供了一种改善气氛热处理残氧问题的处理方法，所述处理方法包括：
4、（ⅰ）将镍镁合金和铂电极置于装有氯化钠溶液的容器中，氯化钠溶液浸没镍镁合金和铂电极；将容器放入水浴加热设备，对氯化钠溶液进行水浴加热；将镍镁合金和铂电极分别电性连接电源的负极和正极，启动电源进行电解，以对镍镁合金进行储氢，得到储氢合金；
5、（ⅱ）对待热处理的试样进行表面处理以去除表面的氧化层，将储氢合金与表面处理后的试样放入同一热处理设备内，储氢合金与试样分别置于不同的容器中，向热处理设备中通入氮气并对试样进行高温加热以完成渗氮处理；在渗氮处理过程中，储氢合金释放氢气并在高温下与热处理设备内的氧气反应生成水，以改善热处理气氛。
6、通入高纯氮气进行氮化实验试样表面依然会产生氧化层，这是由于工业氮气纯度不满足要求，氧化层会影响氮化物的产生和氮化物的向内扩散，因此需要在保证成本和不影响渗氮过程的基础上进一步净化热处理设备内的氧气，本发明利用储氢材料在高温下释放氢气的特性，将储氢材料与试样一同放入热处理设备中，在渗氮过程中，储氢材料缓慢释放氢气，氢气在高温下与氧气发生反应并生成水，一方面可以进一步降低热处理设备内的氧气含量，另一方面，也不会影响试样的渗氮效果。
7、为了避免过量的氢气在高温环境下发生爆炸等危险，本发明特别优选镍镁合金作为储氢载体，并通过电解氯化钠的充氢工艺向储氢载体内充入一定量的氢气，镍镁合金可以在一定条件下释放储存的氢气且储氢量不高，常温下不易释放氢气也不易吸附氧气；此外，镍镁合金在加热到200-300℃左右时可释放氢气，该温度条件与试样渗氮处理的条件相吻合，因此，在对试样进行渗氮处理的同时镍镁合金可同步释放氢气，且释放量和释放速度既满足对热处理残氧气氛的净化要求又不至于发生氢气爆炸风险。此外，镍镁合金可以重复充入氢气并在特定条件下释放氢气，因此可以重复使用，从而大幅降低了残氧气氛的处理成本。
8、作为本发明一种优选的技术方案，步骤（ⅰ）中，所述氯化钠溶液的浓度为1-5mol/l，例如可以是1.0mol/l、1.5mol/l、2.0mol/l、2.5mol/l、3.0mol/l、3.5mol/l、4.0mol/l、4.5mol/l或5.0mol/l，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
9、在一些可选的实例中，所述水浴加热的温度为60-80℃，例如可以是60℃、62℃、64℃、66℃、68℃、70℃、72℃、74℃、76℃、78℃或80℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
10、在一些可选的实例中，所述镍镁合金为镍镁15合金。
11、针对高纯氮气依然不满足渗氮要求这一情况，主要的影响因素是氧气的残留，本发明采取使用氢气在高温下与氧气发生反应，生成物为水并不影响渗氮效果。为了避免过量的氢气在高温环境下发生爆炸等危险，本发明通过试验选取镍镁合金作为储氢材料，该合金具备在一定条件下储放氢性能，且储氢量不高，释放氢气的条件和氮化实验的条件吻合，且释放量和速度满足净化要求又不致发生危险。
12、作为本发明一种优选的技术方案，步骤（ⅰ）中，所述电解过程的电源电压为4-5v，例如可以是4.0v、4.1v、4.2v、4.3v、4.4v、4.5v、4.6v、4.7v、4.8v、4.9v或5.0v，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
13、在一些可选的实例中，所述电解过程的输出电流为0.1-1a，例如可以是0.1a、0.2a、0.3a、0.4a、0.5a、0.6a、0.7a、0.8a、0.9a或1.0a，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
14、在一些可选的实例中，所述电解的时间为12-24h，例如可以是12h、13h、14h、15h、16h、17h、18h、19h、20h、21h、22h、23h或24h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
15、在一些可选的实例中，所述储氢合金的充氢量为0.02-0.03wt%，例如可以是0.02wt%、0.021wt%、0.022wt%、0.023wt%、0.024wt%、0.025wt%、0.026wt%、0.027wt%、0.028wt%、0.029wt%或0.03wt%，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
16、作为本发明一种优选的技术方案，步骤（ⅱ）中，所述表面处理的操作步骤包括：
17、将待热处理的试样完全浸没于酸洗液中，浸泡后取出，清洗备用。
18、作为本发明一种优选的技术方案，所述酸洗液由硝酸、盐酸和乙醇组成。
19、在一些可选的实例中，所述硝酸、盐酸和乙醇的体积比为(3-8):(1-3):(1-3)，例如可以是3:1:1、3.5:1.2:1.2、4:1.4:1.4、4.5:1.6:1.6、5:1.8:1.8、5.5:2:2、6:2.2:2.2、6.5:2.4:2.4、7:2.6:2.6、7.5:2.8:2.8或8:3:3，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
20、针对试样表面氧化层影响渗氮的问题，应在渗氮前去除试样表面的氧化层，但对于厚度很薄的片状试样来说机械打磨不易操作，而且容易打磨过度导致产品尺寸不均匀，因此，本发明在渗氮前先对试样进行酸洗处理以去除试样表面氧化层的同时保证试样表面不会过于粗糙而影响渗氮效果。
21、作为本发明一种优选的技术方案，所述试样在所述酸洗液中的浸泡时间为1-5min，例如可以是1.0min、1.5min、2min、2.5min、3min、3.5min、4min、4.5min或5min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
22、作为本发明一种优选的技术方案，步骤（ⅱ）中，所述热处理设备为氧化铝制管式炉。
23、在一些可选的实例中，所述试样置于坩埚中，所述坩埚与所述试样之间放入刚玉块，所述刚玉块与所述试样底面呈点状支撑，以防止所述试样与所述坩埚底面贴合。
24、在一些可选的实例中，所述储氢合金置于瓷舟中，将放置有储氢合金的瓷舟放置于氧化铝制管式炉的进气口和炉堵之间。
25、热处理实验时，充氢后储氢载体置于炉堵附近的低温区，远离高温区。通入气体达到压力之后，再开始加热，该储氢载体释放的氢气中和气氛中的残氧，从而保证零件的表面不被残氧氧化。
26、作为本发明一种优选的技术方案，步骤（ⅱ）中，所述储氢合金与试样放置好后，对所述热处理设备抽真空至真空度≤0.001pa，随后，向所述热处理设备内通入氮气并对所述储氢合金和所述试样进行高温加热，例如可以是0.0001pa、0.0002pa、0.0003pa、0.0004pa、0.0005pa、0.0006pa、0.0007pa、0.0008pa、0.0009pa或0.001pa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
27、作为本发明一种优选的技术方案，步骤（ⅱ）中，通入所述氮气前，将氮气预热至200-400℃，例如可以是200℃、220℃、240℃、260℃、280℃、300℃、320℃、340℃、360℃、380℃或400℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
28、在一些可选的实例中，所述氮气的通入量为1-2l/h，例如可以是1.0l/h、1.1l/h、1.2l/h、1.3l/h、1.4l/h、1.5l/h、1.6l/h、1.7l/h、1.8l/h、1.9l/h或2.0l/h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
29、作为本发明一种优选的技术方案，步骤（ⅱ）中，所述高温加热的操作过程包括：
30、首先，升温至100-300℃后保温10-20min，用以去除坩埚和试样中残留的水分，例如可以升温至100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、220℃、240℃、260℃、280℃或300℃，例如可以保温10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min或20min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
31、随后，升温至1000-1200℃并保温40-50min，例如可以升温至1000℃、1020℃、1040℃、1060℃、1080℃、1100℃、1120℃、1140℃、1160℃、1180℃或1200℃，例如可以保温40min、41min、42min、43min、44min、45min、46min、47min、48min、49min或50min；在升温过程中，800℃以下的温度区间内的升温速率为5-10℃/min，例如可以是5.0℃/min、5.5℃/min、6.0℃/min、6.5℃/min、7.0℃/min、7.5℃/min、8.0℃/min、8.5℃/min、9.0℃/min、9.5℃/min或10.0℃/min；800℃以上的温度区间内的升温速率为1-3℃/min，例如可以是1.0℃/min、1.2℃/min、1.4℃/min、1.6℃/min、1.8℃/min、2.0℃/min、2.2℃/min、2.4℃/min、2.6℃/min、2.8℃/min或3.0℃/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
32、最后，保温结束后随炉冷却。
33、本实施例提供了一种改善气氛热处理残氧问题的处理方法，所述处理方法具体包括如下步骤：
34、（1）选取厚度为2mm的合金带材，将带材裁剪成10×4cm的条状试样，以便放入酸洗槽；硝酸、盐酸和乙醇按照(3-8):(1-3):(1-3)的体积比混合得到酸洗液，并将酸洗液注入酸洗槽，酸洗液的注入量以能全部没过试样为准；将裁剪后的试样每三片为一组放入酸洗槽中，酸洗浸泡1-5min，酸洗完成后将试样清洗至中性，烘干备用；酸洗5组试样后更换新的酸洗液；
35、（2）通过导线将铂电极和镍镁合金块分别与电源正极和电源负极连接，将连接好的镍镁合金块与铂电极放入装有1-5mol/l的氯化钠溶液的烧杯中，将烧杯放入水浴加热器中，设置水浴温度为60-80℃；待温度达到设定温度后启动电源，电源电压设定为4-5v，输出电流设定为0.1-1a，开始进行电解以对镍镁合金块进行储氢，在电解过程中使用保鲜膜对烧杯开口处进行密封以减少氯化钠溶液挥发，电解12-24h后关闭电源，将镍镁合金块去除并清洗干净得到储氢合金，烘干备用；
36、（3）将步骤（1）得到的表面处理后的试样置于氧化铝制半圆底瓷舟中，在瓷舟与试样之间放入刚玉块，刚玉块与试样底面呈点状支撑，以防止试样与瓷舟底面贴合，将放置有试样的瓷舟放入氧化铝制管式炉中；将步骤（2）得到的储氢合金置于另一个瓷舟中，并将放置有储氢合金的瓷舟放入氧化铝制管式炉的进气口和炉堵之间；
37、对氧化铝制管式炉的炉腔内抽真空至真空度≤0.001pa，随后，将预热至200-400℃的氮气通入氧化铝制管式炉的炉腔内，氮气的通入量为1-2l/h，氮气的通入压力为1个标准大气压；
38、在通入氮气的同时对储氢合金和试样进行热处理：首先，升温至100-300℃后保温10-20min，用以去除瓷舟和试样中残留的水分；随后，升温至1000-1200℃并保温40-50min；在升温过程中，800℃以下的温度区间内的升温速率为5-10℃/min，800℃以上的温度区间内的升温速率为1-3℃/min；最后，保温结束后随炉冷却；在热处理过程中，储氢合金释放氢气并在高温下与热处理设备内的氧气反应生成水，以改善热处理气氛。
39、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
40、通入高纯氮气进行氮化实验试样表面依然会产生氧化层，这是由于工业氮气纯度不满足要求，氧化层会影响氮化物的产生和氮化物的向内扩散，因此需要在保证成本和不影响渗氮过程的基础上进一步净化热处理设备内的氧气，本发明利用储氢材料在高温下释放氢气的特性，将储氢材料与试样一同放入热处理设备中，在渗氮过程中，储氢材料缓慢释放氢气，氢气在高温下与氧气发生反应并生成水，一方面可以进一步降低热处理设备内的氧气含量，另一方面，也不会影响试样的渗氮效果。
41、为了避免过量的氢气在高温环境下发生爆炸等危险，本发明特别优选镍镁合金作为储氢载体，并通过电解氯化钠的充氢工艺向储氢载体内充入一定量的氢气，镍镁合金可以在一定条件下释放储存的氢气且储氢量不高，常温下不易释放氢气也不易吸附氧气；此外，镍镁合金在加热到200-300℃左右时可释放氢气，该温度条件与试样渗氮处理的条件相吻合，因此，在对试样进行渗氮处理的同时镍镁合金可同步释放氢气，且释放量和释放速度既满足对热处理残氧气氛的净化要求又不至于发生氢气爆炸风险。此外，镍镁合金可以重复充入氢气并在特定条件下释放氢气，因此可以重复使用，从而大幅降低了残氧气氛的处理成本。
1.一种改善气氛热处理残氧问题的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括：
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤（ⅰ）中，所述氯化钠溶液的浓度为1-5mol/l；
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤（ⅰ）中，所述电解过程的电源电压为4-5v；
4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤（ⅱ）中，所述表面处理的操作步骤包括：
5.根据权利要求4所述的处理方法，其特征在于，所述酸洗液由硝酸、盐酸和乙醇组成；
6.根据权利要求4所述的处理方法，其特征在于，所述试样在所述酸洗液中的浸泡时间为1-5min。
7.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤（ⅱ）中，所述热处理设备为氧化铝制管式炉；
8.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤（ⅱ）中，所述储氢合金与试样放置好后，对所述热处理设备抽真空至真空度≤0.001pa，随后，向所述热处理设备内通入氮气并对所述储氢合金和所述试样进行高温加热。
9.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤（ⅱ）中，通入所述氮气前，将氮气预热至200-400℃；
10.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤（ⅱ）中，所述高温加热的操作过程包括：
