[發明專利]一種新型的硼-鉻-稀土低溫共滲劑

有效

• 申請號: 201310297958.7
• 申請日: 2013-07-06
• 公開（公告）號: CN103343314A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 許斌;袁興棟;王豪;蔡玉成
• 申請（專利權）人: 許斌
• 主分類號: C23C12/02
• 分類號: C23C12/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種低溫共滲劑，具體地說是一種新型的硼-鉻-稀土低溫共滲劑。

背景技術

滲硼是硼原子擴散到金屬表面形成金屬硼化物的一種熱化學表面強化技術。滲硼層具有硬度高、耐蝕性、耐磨性好和抗高溫氧化性的優良特點，因此它廣泛應用于各種材料，包括有色金屬、黑色金屬和各種合金。

目前，固體滲硼主要是高溫滲硼(850℃～950℃)，存在明顯的缺點：滲硼溫度高、時間長、工件熱處理后變形較大；滲硼層脆性大，與基體結合不牢，容易剝落；鑒于高溫滲硼存在以上不足，為降低成本，減少工件變形，拓寬滲硼工藝的廣泛應用，目前，國內外學者、專家主要在改變滲劑成分，降低處理溫度，采用不同滲硼工藝及滲前、滲后處理工藝等方面進行了研究，其中低溫多元滲硼的研究較為成熟。所謂的低溫滲硼是指在相變溫度以下進行滲硼。

目前，對了低溫滲硼的研究，主要是在低溫滲硼劑的成分含量上做了大量的研究，主要采用硼鐵、硼砂、碳化硼做為供硼劑，國內科研院校學者、專家積極開展此項研究，例如：山東大學、國防科技大學、武漢科技大學、佳木斯大學、鄭州工業大學、山東農業大學、山東建筑大學。研究結果表明：最低溫度只能控制在650℃，在600℃共滲層不連續、脆性較大、易脫落、厚度較淺(一般為5μm-10μm)。針對目前的研究狀況，山東建筑大學材料學院表面科學技術課題組逐步在滲硼前的熱處理工藝上開展工作，效果明顯。

專利CN200610045187.2公開了一種工件滲前冷變形的硼-鉻-稀土共滲工藝，其中包括工件噴丸處理、裝箱、硼-鉻-稀土共滲、滲后處理以及共滲劑的配制方法，其中在硼-鉻-稀土共滲中有“滲箱用雙層水玻璃泥密封后，90-110℃烘干；再升溫至840-860℃，到溫入爐加熱”。在840-860℃這個溫度范圍內，工件經共滲冷卻后，變形較大，不適宜在精密件上應用。同時由于在這個溫度范圍內工件共滲后，得到的是FeB和Fe₂B復合滲層，相對單一Fe₂B滲層來說，其脆性較大。專利CN200810015959.7公開了一種硼-鉻-稀土共滲劑及其共析線以下的低溫共滲工藝，其中包括工件噴丸處理、裝箱、硼-鉻-稀土共滲、滲后處理以及共滲劑的配制方法，共滲溫度為680℃，保溫4小時。工件經共滲冷卻后，得到相對單一Fe₂B滲層，其脆性較小。但共滲層較淺、成本較高、應用領域受限制。同時，此專利公開的滲劑成分中硼砂需先對工業硼砂進行脫水才能使用，且成本較高；石墨質輕，且污染較重；氟硅酸鈉共滲時氣體量大，影響共滲層和基體的結合性。

發明內容

本發明為克服現有低溫多元滲硼技術的不足，提供一種滲前淬火多元滲硼后工件變形小、無相變、無內應力、共滲層較深、較為連續、脆性較小、與基體結合牢固、工件耐磨性較好，同時得到單一Fe₂B共滲層的新型的硼-鉻-稀土低溫共滲劑。

本發明的目的是采用下述技術方案實現的：

一種新型的硼-鉻-稀土低溫共滲劑，其共滲劑組分含量為：高碳鉻鐵4.8-5.0份，稀土3.8-4.0份，氟硼酸鉀6.8-8.4份，三氧化二鋁21.3-24.5份，硫脲5.9-7.6份，硼鐵53.0-54.5份。

共滲工藝，包括工件滲前淬火處理、共滲劑配制、工件裝箱、硼鉻稀土共滲步驟。

硼-鉻-稀土低溫共滲滲速提高機理分析

為拓寬碳鋼在精密器件上的應用，采用硼鉻稀土多元低溫共滲，但傳統工藝滲速較低、滲層較淺。為提高滲速，采用滲前淬火處理，這樣下來共滲過程同時也是“回火”過程，巧妙地將調質處理和共滲結合在一起，使基體實現調質處理，表層實現硼鉻稀土多元共滲處理。碳鋼經淬火處理后組織為馬氏體，是一種結構缺陷，還存在位錯和孿晶。這樣在共滲過程中這些缺陷必然會降低滲硼時所需的激活能，利于共滲層的形成、滲速的提高，滲層厚度的增加；同時碳鋼經淬火處理后表面硬度顯著提高，降低了基體與共滲層之間的硬度梯度，改善了共滲層的脆性，增強了共滲層與基體的結合性。

碳鋼硼鉻稀土低溫共滲，硼砂型滲劑共滲層比較淺，約為6.5～12μm，很難滿足生產需要；碳化硼型滲劑共滲層也比較淺，約為5.6～10μm，且共滲層不均勻；硼鐵型滲劑共滲效果明顯優于硼砂和碳化硼，其共滲層約為30～52μm，明顯高于硼砂型滲劑和碳化硼型滲劑共滲層的厚度，且共滲層組織致密。這就大大拓寬碳鋼在精密器件上的應用。