[发明专利]一种渗钛用封闭剂及渗钛方法

说明书

本发明属于金属表面化学热处理，特别是渗钛用封闭剂及渗钛方法。

化学热处理是用廉价的材料获得高性能金属构件的有效途径，渗钛层具有良好的化学稳定性和较高的显微硬度，可提高工件的耐腐蚀、耐磨性能。渗钛方法主要包括固体、液体和气体渗钛方法，其中固体粉末渗钛法因设备简单，质量较稳定，得到较快发展。我国对渗钛工艺方法研究不多，渗钛工艺仍处于实验室研究阶段，只能处理小尺寸工件，未能进行工业化生产，其主要原因在于钛极易高温氧化，而目前技术未能对钛气氛提供一种廉价有效的保护方法。

SU1659527A1中，渗钛采用粉末包埋法，先对工件进行硼化，再对工件进行渗钛处理，该工艺提高了工件表面层的耐蚀性并降低了表面孔隙度，但渗钛过程要通入四氯化碳，并要先对工件进行硼化处理，工艺复杂，成本较高。

JP04-293765中，渗制泥沙泵的叶轮，渗钛剂以钛粉为主剂，其它成分由氧化铝、铁粉、氯化铵和氟硼酸钾等粉末构成。虽然能保证扩散层的均匀性，但处理过程需通入惰性气体，增加了提供保护气氛的设备，且纯钛粉的价格昂贵，产品难以推广应用。

CN1133348A中，渗钛剂由二氧化钛、镁和钛合金组成，在箱体上部放置焦炭，保证箱体内气体排出并保证渗钛层质量，但碳的活性偏低，气孔偏多，虽然有利于箱体内气体排出，但难以达到理想的保护效果。

CN1153831A中，钛铝二元共渗剂由三氟化铝、二氧化钛、活性硅酸铝分子筛微球和铝钛铁三元合金组成。渗剂中的氟化物产生的HF气体毒性较大，污染环境，对人体有害。在渗箱上部放置用以吸收腐蚀气体的氧化镁和镁的混合物，亦只能起到有限的效果。

本发明提供了一种渗钛用封闭剂，以解决渗钛过程中渗钛剂的高温氧化及烧结问题。另外本发明还提供了一种使用该封闭剂的渗钛方法。

本发明提供的封闭剂组成为：2～30％Al，40～91.5％Fe-Al，0.5～1.5％NH₄Cl，0～49％Al₂O₃。

本发明提供的渗钛方法是，先将工件放入渗钛箱内，然后将均匀混合的渗钛剂装箱，其中渗钛箱入口部位放置封闭剂，封好箱盖，将渗钛箱置入加热炉中进行热处理，渗钛的温度为900～1050℃，时间为3～8小时，出炉后空冷降温，渗钛剂组成为：18～30％Al，18～25％TiO₂，35～40％Fe-Ti，3～5％NH₄Cl，0～26％Al₂O₃。

本发明渗钛方法中使用的渗钛剂可重复使用，每次需添加5～10％ TiO₂、2～4％Al和1～4％NH₄Cl。渗钛剂中的铝在高温下与二氧化钛进行还原反应，生成氧化铝和活性钛，以补充渗钛剂中的钛源。氯化铵起催渗剂的作用，使渗钛时间缩短，提高渗钛效率。渗钛方法中使用的封闭剂可重复使用，每次需添加2～4％Al及0.5～1％NH₄Cl。

本发明使用的封闭剂与渗钛剂之间设置带孔钢铁隔板，封闭剂高度应能满足封闭效果，一般为渗箱开口尺寸的1～2倍。

本发明与现有技术相比，由于含适量活性铝粒的封闭剂置于渗箱入口部位，可吸收外部进入渗箱的氧气，同时阻隔空气与渗钛剂接触，有效防止渗钛剂的氧化和板结；无需配置惰性气体保护设备，有利于进行大工业生产。封闭剂除不含钛外，其余成份基本与渗钛剂相同，不污染渗钛剂，显著提高了渗层厚度及钛含量，改善了渗层质量。另外在本发明方法中，所用渗钛剂主要由二氧化钛、三氧化二铝、钛铁合金和铝等成分构成，这些原料来源广泛，价格低廉，可重复使用。本发明的渗钛剂可根据需要实现渗钛和钛铝共渗，该渗剂与封闭剂联合使用，渗层厚度、钛铝含量和渗层连续性等指标有较大提高。渗剂疏松，易于操作，渗剂重复使用性显著提高，降低了生产成本，渗层质量优良，耐腐蚀性能显著提高，低碳钢的渗钛层表面钛含量为30～70重量％，渗层厚度为0.1～0.5mm。根据需要调整配方，可实现钛铝共渗，共渗层表面钛含量为20～50重量％，铝含量为18～25重量％，渗层厚度为0.1～0.5mm。

附图及附图的简单说明

附图1是渗钛箱的结构示意图

如附图1所示，工件7置于渗钛箱的箱体5内，封闭剂2置于箱体5的入口处，隔板6用于隔离封闭剂2与渗钛剂8，排气孔3的作用是使渗钛剂8在加热过程中产生的气体顺利排出，避免渗箱胀裂等现象的发生。

                          实施例1