渗碳工艺的中国专利分析

摘 要：文章利用相关分类号和关键词对以渗碳工艺为主题的中国专利进行检索，并以检索结果为基础对国内渗碳工艺的专利申请量、授权量、主要申请人进行统计，以及对气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳的技术现状和发展趋势进行分析。

关键词：渗碳;专利;分析

1 渗碳工艺简述

渗碳[1]是指使碳原子渗入到工件表面层的过程，渗碳技术使得工件具有内部强韧层和外部硬化层，从而具有优异的综合性能。按渗碳介质来区分，渗碳可分为气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳。本文利用专利库检索数据对国内渗碳工艺的现状和发展趋势进行分析。

2 渗碳工艺专利申请分布情况

本文对1985-2017年的专利年申请量进行分析，一直到2002年以前，有关渗碳技术的专利的申请量较少，这可能是因为在加入世贸组织前，国内仍然在沿用以往技术，且并未获得突破性进展，也可能是因为企业产权意识不强，并未进行大量专利申请，对其技术进行知识产权保护;而在接下来的十几年里，有关渗碳技术的专利申请量和授权量上均获得了稳定的发展，整体呈现上升的趋势，且在2016年达到专利申请量的峰值，在2015年达到授权量的峰值，这说明国内的渗碳技术已经得到了稳定发展，并且趋于成熟。

根据该领域申请人的分布状况来看，公司和大学的申请人分布较为均匀，说明工业生产中渗碳技术已经得到了广泛的应用，且较多公司均在寻求技术上的突破和提升，但单一申请人的申请量都不算高，也从另一方面说明目前还没有形成某个公司独占鳌头的情况。

另对气体渗碳、固体渗碳以及液体渗碳的年度申请量分别进行了统计，三种渗碳类型的申请量均呈现逐年增长趋势，但是气体渗碳和固体渗碳逐渐成为研究的重点，且其中气体渗碳具有最大的申请量，说明其是应用最为广泛以及研究最为热门的渗碳类型。

3 渗碳工艺发展与趋势

3.1 固体渗碳

典型的钢材固体渗碳[2]技术为：将工件连同渗碳剂装入渗碳箱而密闭，装入加热炉，使碳扩散至工件表面，处理一定时间后，连同渗碳箱冷却，取出工件并进行后续热处理。由于固体渗碳的发展已经日趋成熟，在固体渗碳方面的专利较多涉及不同材料（如钛或钛合金）工件的渗碳处理，如申请号为CN03135888.8中所述。且涉及通过调整渗碳剂配方以提高渗碳性能，稀土渗碳剂的改进如CN88104204.8中记载，其公开了成份为氯化La或Ce稀土盐10-40%的催渗剂，其中氯化La或Ca可用混合或单质的La或Ce的氟化盐，硝酸盐或碳酸盐替代。

3.2 液体渗碳

液体渗碳在最初发展阶段主要使用含氰化物盐浴，剧毒，工作环境恶劣，专利技术中重点探究无毒盐浴渗剂，如申请号为CN200910079151.X的专利，其公开了一种用高碳铸铁熔液为渗碳剂的渗碳方法，以低碳钢和合金渗碳钢作为待渗碳的材料，以高碳铸铁作为渗碳剂原料，高碳铸铁成分wt%：5%Ni，2%Cr，（3.1%～3.3%）C，0.8%Si，1.5%B，0.9%Mn，余量Fe;高碳铸铁熔化温度在1080℃～1200℃之间;将表面处理后的需渗碳工件以常温和预热两种方式浸入高碳铸铁熔液中进行渗碳，渗碳时间为10～60s;渗碳后在静置空气中自然冷却，试样表面可形成厚度在20～1000μm之间的渗碳层。

3.3 气体渗碳

气体渗碳技术自发现以来经历了长足的发展，关于气体渗碳的申请专利中，其改进的方向可分为如何提高渗碳速率，如何实现低温渗碳，如何均匀渗碳，如何平衡耐蚀性和表面硬化。举例来说申请号为CN201511022870.X，申请人为武汉材料保护研究所的专利提供了一种提高奥氏体不锈钢低温气体渗碳速度的催渗方法，其工作原理为充分利用稀土元素高负电性、高活性的特点，加快了物理冶金反应过程，加速了低温条件下C原子在奥氏体中的扩散速率，提高了奥氏体不锈钢低温耐蚀气体渗碳的速度，大幅度缩短了渗碳周期，该专利对催渗剂进行改进，从而实现了渗碳效率的提高，实现了低温渗碳，节省能源，并使得奥氏体不锈钢在不牺牲其表面耐蚀性的基础上实现了表面强化。而为提高渗碳效率，CN1039069A记载了稀土催渗方法，CN101392366A记载了通过改进加熱方式的方法;为实现低温渗碳，CN1423709A记载了高温预渗的方法;为实现均匀渗碳，CN1936067A记载了一种多区域测温并控制的方法。

总结来说，目前针对气相渗碳大致有如下改进措施以获得综合性能较好的渗碳层：活化基底表面，控制碳势和温度以控制渗碳层厚度和表面组织分布，利用催渗剂进行催渗，多温度段渗碳以提高效率与避免过渗，采用活性渗碳剂提高效率。

4 结语

本文从专利角度对渗碳工艺的年申请量、主要申请人以及三种渗碳类型申请量趋势进行统计，且分析了三大渗碳工艺面临的技术问题以及改进手段。其中气体渗碳是研究的重点，而采用稀土催渗、多温度段渗碳和渗碳剂改进是主要的技术改进的方向。

参考文献：

[1]陈国民.钢的渗碳与强韧性（上）[J].热处理技术与装备，1984（04）.

[2]孙昊鹏.浅谈固体渗碳技术[J].华章，2010（28）.

作者简介：杨甜甜（1992-），女，湖南人，硕士，主要研究方向：对材料的镀覆。