[發明專利]一種鈦表面固體滲硼用滲硼劑及滲硼工藝

有效

• 申請號: 201510362276.9
• 申請日: 2015-06-26
• 公開（公告）號: CN104911535B
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 呂曉軍;胡凌云;許真銘;曾小鵬;李劼;張紅亮
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C23C8/68
• 分類號: C23C8/68
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所43114
• 代理人: 袁靖

技術領域

本發明屬于金屬表面處理技術領域，具體涉及一種鈦表面固體滲硼用滲硼劑及滲硼工藝。

背景技術

金屬鈦具有重量輕、強度高、良好的耐腐蝕能力等優點，其金屬材料在許多方面都有著廣泛的應用，包括航天、軍事、汽車、醫療器械、運動用品、手機等。然而，鈦的抗磨損能力差，高溫條件下易氧化和吸氫，導致鈦器件性能變差甚至失效，使用壽命降低。近年來，通過鈦表面改性來強化鈦的摩擦學性能、耐高溫、耐蝕性能成為了相關領域專家的研究焦點。鈦表面滲硼處理后，表面形成的TiB₂、TiB具有較高的硬度、良好的抗磨損性、良好的導電性以及耐腐蝕性能。因此，滲硼是一種強化鈦及鈦合金材料表面性能，提高其使用壽命的良好方法。

固體滲硼法工藝簡單，流程短。而且，固體滲硼法處理復雜形狀工件時，也可以得到厚度均勻的滲層組織。因此，目前工業上最受青睞的是固體滲硼法，應用最為廣泛的也是該法，其他滲硼方法一般僅停滯于實驗室研究。傳統的固體滲硼法一般在固體粉末中進行，滲硼劑中由供硼劑產生的B原子需要通過固-固擴散遷移到工件表面，而固-固擴散過程極其緩慢，因此滲硼效率較低。同時，雖然滲硼過程中一般會采用惰性保護氣氛，但是在氧分壓較低的條件下一些金屬(如Ti、Al)也會被氧化，阻礙B向基體內擴散。而且，固體滲硼時多要用到KBF₄等氟硼酸鹽作為活化劑，而氟硼酸鹽在滲硼時會分解產生BF₃等極具毒性的氣體，污染環境，威脅操作者人身安全，而且氟化物對某些材質(如Ti)的工件有腐蝕作用。另外，傳統方法滲硼后，工件表面附著物難清理干凈，這可能會影響工件的后續使用。

本發明為解決上述問題，提出了一種鈦表面固體滲硼用滲硼劑及滲硼工藝，該滲硼劑可以為B在滲硼劑中的擴散提供液相通道，加速B的擴散，且可保護工件不被氧化，提高滲硼效率；同時該滲硼劑不含氟化物，不會產生對環境有污染的物質，且滲硼劑易與工件分離。

發明內容

本發明的目的在于針對目前固體滲硼中存在的缺陷，提供一種滲硼效率高，滲硼工件易清理，滲硼過程無污染，可得到厚度大且均勻的滲層的鈦表面固體滲硼用滲硼劑及滲硼工藝。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

一種鈦表面固體滲硼用滲硼劑，滲硼劑由以下組分組成：5～93.9wt.％硼源、5～25wt.％低熔點化合物、1～10wt.％固氧劑、0.1～89wt.％稀釋劑，其中硼源包括無定形硼、晶體硼、硼鐵中的一種或多種，低熔點化合物包括B₂O₃、Na₂B₄O₇、Na₂B₂O₄、K₂B₄O₇、K₂B₂O₄、Li₂B₄O₇、K₂CO₃、Na₂CO₃中的一種或多種，固氧劑包括Al粉、Mg粉中的一種或兩種，稀釋劑包括Al₂O₃、MgO中的一種或兩種。

硼源的優選比例范圍為60～93wt.％，優選無定形硼。

低熔點化合物的優選比例范圍為5～15wt.％，優選B₂O₃、Na₂B₄O₇、Na₂B₂O₄、K₂B₄O₇、K₂CO₃、Na₂CO₃中的一種或多種。

固氧劑的優選比例范圍為1～6wt.％。

稀釋劑的優選比例范圍為1～25wt.％。

使用所述的滲硼劑的鈦表面固體滲硼工藝，

(1)按配比稱取滲硼劑各組分，混合均勻，備用；

(2)鈦工件表面預處理，備用；

(3)將混合均勻后的滲硼劑置于滲硼罐中，并將工件填埋在滲硼劑中，升溫到目標溫度，保溫，冷卻，取出工件，清理工件表面附著的滲硼劑。