[發明專利]一種純鈷滲硼硅處理方法

在審

• 申請號: 201410167986.1
• 申請日: 2014-04-24
• 公開（公告）號: CN103952662A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 慕東;何茗;劉源;沈保羅
• 申請（專利權）人: 成都工業學院
• 主分類號: C23C12/02
• 分類號: C23C12/02
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明專利涉及一種純鈷滲硼硅處理方法。

背景技術

鈷是一種重要的戰略金屬，由于其具有優良的物理、化學和機械性能，是生產耐高溫、耐腐蝕和強磁性等材料的重要原料，鈷及其合金廣泛應用于電機、機械、化工、航空和航天等領域，可用作燃氣輪機的葉片、葉輪、導管、噴氣發動機、火箭發動機、導彈部件，化工設備中各種高負荷耐熱部件和原子能工業的重要金屬材料。隨著現代工業特別是航空、航天業的發展，熱端部件使用溫度不斷提高，使用環境也愈加苛刻，鈷及其合金的高溫氧化問題成為制約熱端部件應用和使用壽命的重要因素之一。

滲硼是硼進入鐵及一系列非鐵金屬表面的化學熱處理過程，滲硼后的鈷及其合金具有較高的硬度、耐磨性和耐腐蝕性。滲硅作為一種化學熱處理方法也可以顯著提高鈷及其合金的耐磨性、耐酸性和耐熱性。當采用含有大量SiC的滲劑對鈷進行處理時，在其基體上將會形成表層硅化物層，內層硼化物層的雙層滲層，我們將其稱為滲硼硅處理(Borosiliconizing)。在高溫環境下，基體材料與滲層之間的內擴散加劇，通常會導致單層滲層的保護作用減弱甚至喪失，然而多層滲層(Multilayercoatings)能夠有效解決上述問題，內、外滲層均具有良好的抗高溫氧化性和耐磨性，并且內層滲層能夠在高溫下有效阻止基體和外層滲層之間的內擴散。

因此，本專利通過對純鈷進行滲硼硅處理獲得多層滲層，研究了多層滲層的顯微組織及高溫氧化性能，以期獲得具有特殊表面性能的滲層。

發明內容

本發明專利的目的在于提供一種純鈷滲硼硅處理方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一，試樣表面處理

采用99.95wt％純鈷，經線切割加工成10mm×10mm×10mm的試樣，將試樣表面經600號砂紙打磨并拋光處理。

步驟二，滲硼硅處理

滲硼硅處理裝置圖如圖1所示。將步驟一所制的純鈷試樣用乙醇除油清洗。將清洗過的試樣放置在滲劑中，所述純鈷和滲劑的質量比約為1：10-20，并密封在鋼制滲箱中，將滲箱放入加熱爐內，處理參數分別為850℃下保溫2h、4h、6h、8h，900℃下保溫2h、4h、6h、8h，950℃下保溫2h、4h、6h、8h，之后隨爐冷卻到室溫取出既得具有硼硅滲層的鈷片，所述滲層的內層為硼化物層，外層為硅化物層。

其特征在于步驟一中所述的滲劑滲劑為粒狀，粒度為1mm。

其特征在于步驟二中所述的滲劑由供硼劑、活化劑和填充劑(供硅劑)組成，所述供硼劑為B₄C，活化劑為KBF₄，填充劑(供硅劑)為SiC，其中B4C、KBF₄、SiC的質量比為1-10:1-5:80-95。

其特征在于所述B₄C、KBF₄、SiC的質量比為8：4：88。

其特征在于步驟二所述加熱爐為SX2-4-10型箱式電阻爐。

其特征在于步驟二中所制得的具有硼硅滲層的鈷片中滲層的厚度大約在40-186μm，所述硼化物層和硅化物層的厚度比值為1-4:8-10，硅化物層硬度大約為710HV_0.025，硼化物層硬度大約為1296-1444HV_0.025。

其特征在于硅化物層的厚度約15μm，過渡層的厚度約15μm，硼化物層的厚度約104μm。

其特征在于步驟二中所制得的具有硼硅滲層的鈷片的磨損率為2.46mg/km。

磨損性能試驗采用M-200磨損實驗機(轉速為200r/min)，其磨損示意圖如圖2所示。圖中的摩擦副采用GCr15鋼圓環(內徑Ф15mm、外徑Ф50mm)，待測試樣為10mm×10mm×10mm。所選載荷為30N，磨損時間為900s，每個試樣重復3次磨損。采用TG328A型光電天平分別稱磨損前后的試樣重量(精確到0.1mg)，以試樣的失重來評價其耐磨性。為了進一步說明滲硼硅試樣的磨損行為及磨損機制，本實驗運用掃描電子顯微鏡(SEM，HITCHIS-3400N)對其磨損后的形貌進行了觀察。