[發(fā)明專利]一種新型低溫固體滲硼活化劑

有效

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• 申請日: 2014-04-01
• 公開（公告）號: CN103938150A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設計）人: 袁興棟;許斌;楊曉潔;石磊
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: C23C8/68
• 分類號: C23C8/68
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種低溫活化劑，具體地說是一種新型低溫固體滲硼活化劑。

背景技術

目前，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(yōu)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(nèi)外學者、專家主要在低溫多元滲硼上的研究較為成熟。

所謂的低溫滲硼是指在相變溫度以下進行滲硼。低溫滲硼處理可以減小模具變形，降低滲硼脆性，并仍可得到耐磨性較好的表層組織。對一些結構復雜、型腔小、精度要求高的模具特別適用，再加上固體滲硼工藝簡單、操作方便、滲件易清洗等優(yōu)點，已成為滲硼技術的補充和發(fā)展。為大大提高硼原子在低溫下的活性，提高硼原子低溫下的擴散速率，目前，國內(nèi)為專家學者主要是在低溫滲硼劑中活化劑成分含量上做了大量的研究，主要采用氟硼酸鈉、氟硼酸鉀、尿素、氟化鈉、氯化銨等為活化劑，國內(nèi)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、山東農(nóng)業(yè)大學、山東建筑大學。研究結果表明：采用各種不同的活化劑，其共滲最低溫度只能控制在650℃，且共滲層不連續(xù)、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活化劑成分含量上開展工作，效果明顯。

中國專利ZL200810015959.7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，其中共滲劑成分中活化劑為氟硅酸鈉，重量比為15.5-16份，共滲溫度為680℃，保溫4小時。工件經(jīng)上述工藝共滲冷卻后，得到相對單一Fe₂B滲層，但共滲層較淺；同時由于氟硅酸鈉共滲時產(chǎn)生氣體，且氣體量大，影響共滲層和基體的結合性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種滲前碾壓處理低溫多元滲硼后工件變形小、無相變、無內(nèi)應力、共滲層較深、較為連續(xù)、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共滲層的新型低溫固體滲硼活化劑。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案：

一種新型低溫固體滲硼活化劑，其組分按質量比含量為：氟硼酸鉀12.6-17.2份，冰晶石(Na5AlF6)35.8-40.4份、氟化鈣(CaF2)23.0-27.6份，尿素14.8-19.4份。

一種新型低溫固體滲硼活化劑，其組分按質量比含量為：氟硼酸鉀12.6份，冰晶石(Na5AlF6)35.8份、氟化鈣(CaF2)23.0份，尿素14.8份。

一種新型低溫固體滲硼活化劑，其組分按質量比含量為：氟硼酸鉀16.6份，冰晶石(Na5AlF6)38.9份、氟化鈣(CaF2)25.8份，尿素18.7份。

一種新型低溫固體滲硼活化劑，其組分按質量比含量為：氟硼酸鉀16.4份，冰晶石(Na5AlF6)39.2份、氟化鈣(CaF2)26.6份，尿素17.8份。

一種新型低溫固體滲硼活化劑，其組分按質量比含量為：氟硼酸鉀17.2份，冰晶石(Na5AlF6)40.4份、氟化鈣(CaF2)27.6份，尿素19.4份。

使用該活化劑的共滲劑共滲工藝，包括工件滲前碾壓處理、活化劑配制、活化劑粉碎處理、共滲劑配制、工件裝箱、硼鉻稀土共滲步驟。

低溫固體滲硼活化劑提高硼原子活性和擴散速率的機理分析

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(tǒng)工藝滲速較低、滲層較淺。為提高滲速，采用滲前碳鋼表面碾壓處理，經(jīng)碾壓處理后的碳鋼表面晶粒達到納米級，晶粒細小，晶界增多，這樣為硼原子的擴散提供了更多的通道，便于提高硼原子的擴散速率；同時經(jīng)碾壓處理后碳鋼表面存在大量的缺陷，例如：位錯、孿晶等，而且位錯密度很高，這些表面的缺陷能夠在硼鉻稀土共滲過程中降低擴散激活能，加快硼原子的擴散；同時碳鋼經(jīng)碾壓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。