[發明專利]一種鈦合金表面滲硼的方法

無效

• 申請號: 200910012601.3
• 申請日: 2009-07-17
• 公開（公告）號: CN101608296A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發明（設計）人: 衣曉紅;樊占國;李鳳華;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

眾所周知，鈦合金具有許多優良性能(如：低密度、高的比強度、優良的耐蝕性和生物相容性)，因而廣泛應用于航天、船舶、化工和生物醫學等領域，但其硬度低、耐磨性能差，當用作滑動部件時易產生磨損，這就嚴重地限制了其應用范圍。由于Ti與B反應形成的化合物TiB₂既具有陶瓷材料的高熔點、高硬度、高強度等特點，又具有金屬材料的高導電、高導熱等優點，可顯著改善鈦合金的耐磨性及其他表面性能，因此在鈦合金表面形成鈦的硼化物則成為改善鈦合金性能的重要途徑之一。

滲硼就是將材料置于含硼介質中，經過加熱，靠它們之間的化學或電化學反應，使硼原子滲入材料表層形成硼化物的工藝過程。鈦合金通過滲硼的方法在表層形成硬質硼鈦化合物成為現今國內外研究的熱點。

為了在鈦及鈦合金表面形成硬質硼鈦化合物，國內外學者作了大量的研究工作，主要的滲硼方式為氣體滲硼、液體鹽浴滲硼和固體粉末滲硼。但氣體滲硼時一般采用三氯化硼BCl₃或乙硼烷作為硼源，三氯化硼和乙硼烷昂貴且有劇毒，三氯化硼易水解，乙硼烷以氫氣或氬氣作為載氣時易發生爆炸。液體鹽浴滲硼的供硼源以硼砂為主，液體滲硼時，硼砂溶液強烈腐蝕坩堝，并使零件表面粘附一層難熔的殼不易清洗。固體滲硼是將工件埋入含硼的介質中，或將含硼介質制成膏劑涂于工件表面，然后在箱式或井式加熱爐中加熱，再保溫一段時間。固體滲硼不需要專用的設備，具有操作簡便、滲后易于清理、適應性強、推廣容易等優點。

由此可見，滲硼的方式以及滲硼劑的組成成分直接影響著被滲件的質量和滲硼工藝過程。固體滲硼從含硼介質的形式上可分為：固體粉末滲硼和膏劑滲硼。固體粉末滲硼的滲劑組成一般可分為：供硼劑、活化劑、填充劑三部分。

(1)供硼劑

固體粉末滲硼的供硼劑主要有兩種：碳化硼、硼鐵。碳化硼的含硼量大于78％，用量很少的情況下，就可以滿足供硼的要求，因此，國內外大量地采用。且研究指出B₄C在空氣中燒結時600℃開始氧化，氧化后生成玻璃態的B₂O₃。B₄C在空氣中燒結氧化的化學反應方程式如下：B₄C+4O₂→2B₂O₃+CO₂↑。

(2)活化劑(催滲劑)

活化劑的作用是在滲硼的過程中，參與供硼反應，促使活性硼原子的產生，同時自身也產生一定的活性硼原子。從效果看，氟硼酸鉀KBF₄的效果較好。1968年，西德不萊梅硬化技術研究所發表專利，在粉末中加入活化劑氟硼酸鉀，不僅提高了滲硼速度，降低滲硼溫度，并且還穩定了滲層結構。但KBF₄在溫度高于530℃后分解生成BF₃氣體和KF，一方面氣態氟化物有毒，對環境造成一定的危害；另一方面鈦合金中的Ti易于與氟化物反應而阻礙了Ti與活性B原子的結合。

(3)填充劑

填充劑的作用是調節硼勢，增加滲硼劑的松散性，而鈦合金在高溫時極易與氧發生反應，填充劑會增加鈦合金與氧氣的接觸面積，因此不利于鈦合金的高溫滲硼。

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的方法。

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，其粒度≤0.1mm。

采用該滲硼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

先將鈦合金材料浸入60℃～80℃熱水中，浸泡處理0.5～2小時，然后再用常溫的去離子水沖洗1～3次。