[发明专利]一种在瓦楞辊表面注渗氮化硼特种陶瓷的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料表面改性处理技术领域，是一种瓦楞辊表面强化处理的新技术。

背景技术

瓦楞辊是瓦楞纸板生产线的核心部件，在运转时连续处于高温和受压状态。瓦楞辊的最高使用温度为225℃，最大工作压力为1.7MPa，运转速度可高达400m/min，并不断与瓦楞芯纸相对位移产生摩擦挤轧，极易磨损。因此，瓦楞辊需要很高的质量，其耐磨耐蚀性等使用性能直接决定成套设备质量的优劣。

目前，国内厂家制造瓦楞辊使用的材料多为35CrMo、42CrMo或50Mn。瓦楞辊经表面淬火等普通工艺处理后，辊齿的表面硬度为55～60HRC，具有较强的耐磨性能，使用寿命一般在400万～600万长米。

为了提高瓦楞辊的使用寿命，通常采用以下硬化热处理的方式：离子渗氮；中频或超音频后镀铬；离子渗氮后激光淬火；热喷涂等几种形式。通过提高瓦楞辊齿形表面硬度，增加耐磨性、耐腐蚀作用而达到延长瓦楞辊使用寿命的目的。采用以上处理方式，或者瓦楞辊使用寿命提升不明显，如离子渗氮、中频或超音频后镀铬；或者废品率较高，如离子渗氮后激光淬火；或者处理成本较高，如热喷涂，在生产过程中均受到了很大的制约。

发明内容

本发明的目的是采用成本较低的表面硬化热处理方式，有效提高瓦楞辊的使用寿命，通过离子注渗的工艺，在瓦楞辊表面形成具有极高结合强度的氮化物耐磨陶瓷层，将瓦楞辊寿命延长至1500万长米，废品率控制在2％以下。

本发明的技术方案为：

一种在瓦楞辊表面注渗氮化硼特种陶瓷的方法，包括以下步骤：

步骤1：配制固体渗硼剂，所述固体渗硼剂由供硼剂、活化剂和填充剂三部分组成；

步骤2：将上述步骤1中配制的固体渗硼剂均匀地涂抹在瓦楞辊表面，置于真空等离子热处理炉中，准备进行渗硼处理；瓦楞辊与真空等离子热处理炉的阴极相连；

步骤3：将上述步骤2中的真空等离子热处理炉密封，开启真空系统，抽真空，真空室的极限真空度范围在133×10^-2～5×133×10^-1Pa；之后通入氩气，达到工作气压为10～80Pa；

步骤4：启动真空等离子热处理炉的电源，真空炉内形成异常的辉光放电，产生活性硼离子，硼离子在辉光放电空间内各种等离子体的作用下，吸附在基体表面，夺取电子形成硼原子，并向基体内扩散，在极限溶解度之内，硼原子以溶质的形式存在于基体内；

步骤5：提高工件电源电压，加大工件电流，使工件逐步升温，并保温；

步骤6：保温结束后，切断真空等离子热处理炉的辉光电源，关闭阀门停止供气和抽气，工件冷却；

步骤7：保持空心阴极真空炉内的瓦楞辊位置不变，排出保护气氩气，将真空室抽至真空度5～15Pa后，充入氮气与氢气的混合气，其中氮气含量的体积分数为25％～35％，混合气气压保持在(1～10)×133Pa之间；

步骤8：再次启动真空等离子热处理炉的电源，炉内形成辉光放电，产生活性氮离子，氮离子在高压电场的作用下，高速轰击工件表面，夺取工件表面的电子后逐渐成为氮原子，被工件表面吸收，并向内扩散，在此条件下，氮原子与之前渗透的硼原子均具有很高的活性，故两者极易在瓦楞辊表面结合，发生化学反应，形成氮化硼陶瓷层；

步骤9：提高工件电源电压，加大工件电流，使工件逐步升温，并保温渗氮；

步骤10：保温结束后，切断辉光电源，关闭阀门停止供气和抽气，工件冷却；

步骤11：取出工件，两端安装轴头后即可使用。

其中，供硼剂占渗硼剂质量的40-50％，填充剂占渗硼剂质量的30-50％，活化剂占渗硼剂质量的10-30％。

供硼剂为碳化硼和硼砂的混合物，其中碳化硼的质量分数为3％～5％，其余为硼砂；活化剂为选择氟化钠、氟化钙、氟硼酸钾、氟硼酸钠、氟硅酸钠和氟铝酸钠中的一种或混合物；填充剂为碳化硅。

步骤5中的设备整流输出电流为100～150A，工件表面的电流密度为0.5mA/cm²～5mA/cm²，温度为550℃～750℃，并保温，保温时间为2～4h。

步骤9中的设备放电电压400～800V，电流密度为0.5～15mA/cm²，温度为500℃～600℃，并保温渗氮，渗氮时间为10min～48h。

步骤6及步骤10中的冷却温度为室温。

步骤1取得的固体渗硼剂与粘结剂松香混合调成膏状后，再进行步骤2。

于步骤2涂抹固体渗硼剂前先将瓦楞辊淬火处理。