滲碳工藝的中國(guó)專利分析

摘 要：文章利用相關(guān)分類號(hào)和關(guān)鍵詞對(duì)以滲碳工藝為主題的中國(guó)專利進(jìn)行檢索，并以檢索結(jié)果為基礎(chǔ)對(duì)國(guó)內(nèi)滲碳工藝的專利申請(qǐng)量、授權(quán)量、主要申請(qǐng)人進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以及對(duì)氣體滲碳、固體滲碳和液體滲碳的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：滲碳;專利;分析

1 滲碳工藝簡(jiǎn)述

滲碳[1]是指使碳原子滲入到工件表面層的過(guò)程，滲碳技術(shù)使得工件具有內(nèi)部強(qiáng)韌層和外部硬化層，從而具有優(yōu)異的綜合性能。按滲碳介質(zhì)來(lái)區(qū)分，滲碳可分為氣體滲碳、固體滲碳和液體滲碳。本文利用專利庫(kù)檢索數(shù)據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)滲碳工藝的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析。

2 滲碳工藝專利申請(qǐng)分布情況

本文對(duì)1985-2017年的專利年申請(qǐng)量進(jìn)行分析，一直到2002年以前，有關(guān)滲碳技術(shù)的專利的申請(qǐng)量較少，這可能是因?yàn)樵诩尤胧蕾Q(mào)組織前，國(guó)內(nèi)仍然在沿用以往技術(shù)，且并未獲得突破性進(jìn)展，也可能是因?yàn)槠髽I(yè)產(chǎn)權(quán)意識(shí)不強(qiáng)，并未進(jìn)行大量專利申請(qǐng)，對(duì)其技術(shù)進(jìn)行知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù);而在接下來(lái)的十幾年里，有關(guān)滲碳技術(shù)的專利申請(qǐng)量和授權(quán)量上均獲得了穩(wěn)定的發(fā)展，整體呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，且在2016年達(dá)到專利申請(qǐng)量的峰值，在2015年達(dá)到授權(quán)量的峰值，這說(shuō)明國(guó)內(nèi)的滲碳技術(shù)已經(jīng)得到了穩(wěn)定發(fā)展，并且趨于成熟。

根據(jù)該領(lǐng)域申請(qǐng)人的分布狀況來(lái)看，公司和大學(xué)的申請(qǐng)人分布較為均勻，說(shuō)明工業(yè)生產(chǎn)中滲碳技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，且較多公司均在尋求技術(shù)上的突破和提升，但單一申請(qǐng)人的申請(qǐng)量都不算高，也從另一方面說(shuō)明目前還沒(méi)有形成某個(gè)公司獨(dú)占鰲頭的情況。

另對(duì)氣體滲碳、固體滲碳以及液體滲碳的年度申請(qǐng)量分別進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，三種滲碳類型的申請(qǐng)量均呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，但是氣體滲碳和固體滲碳逐漸成為研究的重點(diǎn)，且其中氣體滲碳具有最大的申請(qǐng)量，說(shuō)明其是應(yīng)用最為廣泛以及研究最為熱門的滲碳類型。

3 滲碳工藝發(fā)展與趨勢(shì)

3.1 固體滲碳

典型的鋼材固體滲碳[2]技術(shù)為：將工件連同滲碳劑裝入滲碳箱而密閉，裝入加熱爐，使碳擴(kuò)散至工件表面，處理一定時(shí)間后，連同滲碳箱冷卻，取出工件并進(jìn)行后續(xù)熱處理。由于固體滲碳的發(fā)展已經(jīng)日趨成熟，在固體滲碳方面的專利較多涉及不同材料（如鈦或鈦合金）工件的滲碳處理，如申請(qǐng)?zhí)枮镃N03135888.8中所述。且涉及通過(guò)調(diào)整滲碳劑配方以提高滲碳性能，稀土滲碳劑的改進(jìn)如CN88104204.8中記載，其公開(kāi)了成份為氯化La或Ce稀土鹽10-40%的催滲劑，其中氯化La或Ca可用混合或單質(zhì)的La或Ce的氟化鹽，硝酸鹽或碳酸鹽替代。

3.2 液體滲碳

液體滲碳在最初發(fā)展階段主要使用含氰化物鹽浴，劇毒，工作環(huán)境惡劣，專利技術(shù)中重點(diǎn)探究無(wú)毒鹽浴滲劑，如申請(qǐng)?zhí)枮镃N200910079151.X的專利，其公開(kāi)了一種用高碳鑄鐵熔液為滲碳劑的滲碳方法，以低碳鋼和合金滲碳鋼作為待滲碳的材料，以高碳鑄鐵作為滲碳劑原料，高碳鑄鐵成分wt%：5%Ni，2%Cr，（3.1%～3.3%）C，0.8%Si，1.5%B，0.9%Mn，余量Fe;高碳鑄鐵熔化溫度在1080℃～1200℃之間;將表面處理后的需滲碳工件以常溫和預(yù)熱兩種方式浸入高碳鑄鐵熔液中進(jìn)行滲碳，滲碳時(shí)間為10～60s;滲碳后在靜置空氣中自然冷卻，試樣表面可形成厚度在20～1000μm之間的滲碳層。

3.3 氣體滲碳

氣體滲碳技術(shù)自發(fā)現(xiàn)以來(lái)經(jīng)歷了長(zhǎng)足的發(fā)展，關(guān)于氣體滲碳的申請(qǐng)專利中，其改進(jìn)的方向可分為如何提高滲碳速率，如何實(shí)現(xiàn)低溫滲碳，如何均勻滲碳，如何平衡耐蝕性和表面硬化。舉例來(lái)說(shuō)申請(qǐng)?zhí)枮镃N201511022870.X，申請(qǐng)人為武漢材料保護(hù)研究所的專利提供了一種提高奧氏體不銹鋼低溫氣體滲碳速度的催滲方法，其工作原理為充分利用稀土元素高負(fù)電性、高活性的特點(diǎn)，加快了物理冶金反應(yīng)過(guò)程，加速了低溫條件下C原子在奧氏體中的擴(kuò)散速率，提高了奧氏體不銹鋼低溫耐蝕氣體滲碳的速度，大幅度縮短了滲碳周期，該專利對(duì)催滲劑進(jìn)行改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)了滲碳效率的提高，實(shí)現(xiàn)了低溫滲碳，節(jié)省能源，并使得奧氏體不銹鋼在不犧牲其表面耐蝕性的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了表面強(qiáng)化。而為提高滲碳效率，CN1039069A記載了稀土催滲方法，CN101392366A記載了通過(guò)改進(jìn)加熱方式的方法;為實(shí)現(xiàn)低溫滲碳，CN1423709A記載了高溫預(yù)滲的方法;為實(shí)現(xiàn)均勻滲碳，CN1936067A記載了一種多區(qū)域測(cè)溫并控制的方法。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，目前針對(duì)氣相滲碳大致有如下改進(jìn)措施以獲得綜合性能較好的滲碳層：活化基底表面，控制碳勢(shì)和溫度以控制滲碳層厚度和表面組織分布，利用催滲劑進(jìn)行催滲，多溫度段滲碳以提高效率與避免過(guò)滲，采用活性滲碳劑提高效率。

4 結(jié)語(yǔ)

本文從專利角度對(duì)滲碳工藝的年申請(qǐng)量、主要申請(qǐng)人以及三種滲碳類型申請(qǐng)量趨勢(shì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，且分析了三大滲碳工藝面臨的技術(shù)問(wèn)題以及改進(jìn)手段。其中氣體滲碳是研究的重點(diǎn)，而采用稀土催滲、多溫度段滲碳和滲碳劑改進(jìn)是主要的技術(shù)改進(jìn)的方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳國(guó)民.鋼的滲碳與強(qiáng)韌性（上）[J].熱處理技術(shù)與裝備，1984（04）.

[2]孫昊鵬.淺談固體滲碳技術(shù)[J].華章，2010（28）.

作者簡(jiǎn)介：楊甜甜（1992-），女，湖南人，碩士，主要研究方向：對(duì)材料的鍍覆。