[發明專利]一種鈦合金表面滲硼用粉末滲劑及其使用方法

無效

• 申請號: 200910012600.9
• 申請日: 2009-07-17
• 公開（公告）號: CN101608295A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發明（設計）人: 樊占國;衣曉紅;李鳳華;張景壘;薛向欣
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C23C8/68
• 分類號: C23C8/68
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司
• 代理人: 梁 焱

技術領域

本發明屬于金屬表面處理技術領域，具體涉及鈦合金表面滲硼技術。?

背景技術

鈦合金以其低密度、高的比強度和優良的耐蝕性而廣泛應用于航天、船舶、化工和生物醫學等領域，近年來鈦及其合金使用量不斷增加。但同時由于其硬度低、耐磨性能差等缺點，當用作滑動部件(如閥及導桿、活塞銷和連桿軸等)時，易與對磨材料粘著，產生磨損，這就嚴重地限制了其應用范圍，因此提高硬度和耐磨性是鈦及其合金應用中的一個重要課題。?

為了提高鈦合金的耐磨性，國內外學者作了大量的研究工作，其中主要是采用表面強化技術(化學氣相沉積、物理氣相沉積、激光表面處理、離子滲氮和固相擴散等)，在鈦合金表面形成氮化物、碳化物和硼化物等硬質相，從而提高其表面硬度和耐磨性。用氣相沉積獲得的涂層與基體多為機械結合，由于膨脹系數差異而決定了涂層較薄；激光表面合金技術存在合金化層的殘余拉應力較大、易開裂等問題；離子滲氮形成的改性層薄，耐久性差。這些方法均存在著工藝條件復雜苛刻還有形成的膜層容易剝落的缺點。?

就已知的鈦與鈦合金化學熱處理方法有滲氮、滲硼、滲氧、滲碳等。這些表面硬化處理方法在鈦及鈦合金表面形成硬質層，減少了膜層容易剝落的缺點，其中滲硼可獲得較滿意的結果。滲硼后擴散的硼和基體材料在相應溫度下形成了一個或多個金屬間化合物相組成的硼化物層，由于鈦的硼化物是一種具有硬度高、導熱性好、電阻低等優良特性的陶瓷材料，因此進行滲硼處理后使鈦或鈦合金的表面形成硼化物是提高硬度、改善耐磨性、抗粘著性等表面性能的一種有效的手段。到目前為止，對于鈦的滲硼處理，已試驗了固體法、鹽浴浸漬法等。?

固體法滲硼是將試樣埋入裝有活化劑粉末的坩堝里密封起來，在1000℃左右保溫一段時間后在鈦的表面上生成雙相的TiB₂和TiB。但由于鈦是活潑金屬，在高溫下易于氧化，所以容器內必須是真空狀態或者通入惰性氣體。并且滲硼后的TiB₂和TiB化合物層較薄，存在滲硼時間較長，效率較低等問題。?

熔鹽浸漬法將試樣浸入有硼酸、硼酸鉀、碳酸鉀和鎂的混合熔鹽中，在750℃～950℃下加熱一段時間，即可達到滲硼的目的。在處理過程中，鎂使硼還原析出，為防止鈦的氧化，熔鹽表面用氬氣等惰性氣體進行保護。?

在眾多的滲硼處理方法中，固體法與其它方法相比，設備簡單，操作方便，成為一種高效的表面改性手段，然而存在的難題是由于鈦及鈦合金高溫時極易氧化，已有的方法中多數是在真空或在惰性氣體保護條件下完成，這樣使設備復雜，給操作帶來不便。?

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種鈦合金表面滲硼用粉末滲劑及其使用方法。?

稀土元素具有強烈的化學活性，它可與氧、氫、氮作用形成相應的化合物，并能加快氮、氫化合物的分解。稀土化學熱處理，是將工件置于含有稀土物質的不同介質中加熱，使稀土和相應的元素共同滲入工件表層，改變表面化學成分和組織，從而改變其性能的熱處理工藝。?

在鈦及鈦合金的滲硼處理過程中，在滲硼劑中加入稀土作為催滲劑，能進一步提高鈦合金的表面硬度和耐磨性能。?

本發明的用于鈦合金表面滲硼的粉末滲劑為碳化硼(B₄C)粉末與氧化稀土粉末的混合物，按質量百分比計，碳化硼的含量為92％～98％，氧化稀土的含量為2％～8％，混合物粉末的粒度≤0.1mm。其中氧化稀土的主要成分為二氧化鈰，氧化稀土中二氧化鈰的含量按質量百分比計≥98％。?

采用上述粉末滲劑對鈦合金表面做滲硼處理的方法步驟如下。?

1、鈦合金表面預處理?

①除油?

將鈦合金材料浸入60℃～80℃的除油劑中，浸泡除油1～3小時；除油劑是將Na₂CO₃、Na₃PO₄·12H₂O、Na₂SiO₃和OP-10乳化劑溶于水中得到的如下濃度的水溶液：?

Na₂CO₃?10～30g/L，Na₃PO₄·12H₂O?5～15g/L，Na₂SiO₃?5～15g/L，OP-10乳化劑1～5g/L。?

②水洗?