稀土催渗剂的制备及应用优化

1.稀土催渗剂原料制备

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。其反应如下：

所得水含氯化物的水分子大致在n=6～7，即RECl₃·（6～7）H₂O。

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。其反应式如下

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。其反应式如下

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。其反应式如下

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。

2.稀土催渗剂及其配方(www.xing528.com)

稀土催渗剂大多以稀土氯化物为原料，其大致的化学成分见表4-20。

表4-20 混合稀土氯化物中稀土元素的含量

注：混合稀土氯化物中稀土占57%（质量分数）。

（1）稀土+碳二元共渗剂的配方 采用少铕氯化稀土和氯化铵按1∶1（质量比）形成稀土络化物。以RQ3-75-9型井式气体渗碳炉为例，用甲醇溶解8g/L少铕稀土络合物作为稀土渗剂，和煤油等一起作为渗剂，即可实现稀土、碳二元共渗。

（2）稀土+碳+氮三元共渗剂配方

1）以RQ3-90-9型井式气体渗碳炉为例。先用甲醇溶解16g/L的稀土络合物，使pH值保持在4.5，然后按2∶1（质量比）加入甲酰胺，作为稀土、氮共渗剂，煤油等作为渗碳剂，即可实现稀土、碳、氮三元共渗。如果不加甲酰胺，加NH₃也可以实现稀土、碳、氮三元共渗。

2）稀土碳氮共渗最佳质量（g）比：甲醇∶甲酰胺∶尿素∶稀土=1000∶（160±30）∶（130±10）∶（7±3）。

（3）含稀土碳氮共渗剂的公开专利配方 在甲醇1000mL中加入氯化镧或氯化铈稀土盐（也可用镧、铈单质或混合的氟化盐、硝酸盐或碳酸盐代替）5～80g，氯化铵3～8g，尿素5～200g。其中的溶剂甲醇可用乙醇或异丙醇代替。

3.稀土催渗剂应用与效果

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%，目前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。