[发明专利]一种新型低温固体渗硼活化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温活化剂，具体地说是一种新型低温固体渗硼活化剂。

背景技术

目前，渗硼是硼原子扩散到金属表面形成金属硼化物的一种热化学表面强化技术。渗硼层具有硬度高、耐蚀性、耐磨性好和抗高温氧化性的优良特点，因此它广泛应用于各种材料，包括有色金属、黑色金属和各种合金。

目前，固体渗硼主要是高温渗硼(850℃～950℃)，存在明显的缺点：渗硼温度高、时间长、工件热处理后变形较大；渗硼层脆性大，与基体结合不牢，容易剥落；鉴于高温渗硼存在以上不足，为降低成本，减少工件变形，拓宽渗硼工艺的广泛应用，目前，国内外学者、专家主要在低温多元渗硼上的研究较为成熟。

所谓的低温渗硼是指在相变温度以下进行渗硼。低温渗硼处理可以减小模具变形，降低渗硼脆性，并仍可得到耐磨性较好的表层组织。对一些结构复杂、型腔小、精度要求高的模具特别适用，再加上固体渗硼工艺简单、操作方便、渗件易清洗等优点，已成为渗硼技术的补充和发展。为大大提高硼原子在低温下的活性，提高硼原子低温下的扩散速率，目前，国内为专家学者主要是在低温渗硼剂中活化剂成分含量上做了大量的研究，主要采用氟硼酸钠、氟硼酸钾、尿素、氟化钠、氯化铵等为活化剂，国内科研院校学者、专家积极开展此项研究，例如：山东大学、国防科技大学、武汉科技大学、佳木斯大学、山东农业大学、山东建筑大学。研究结果表明：采用各种不同的活化剂，其共渗最低温度只能控制在650℃，且共渗层不连续、脆性较大、易脱落、厚度较浅(一般为5μm-10μm)。针对目前的研究状况，山东建筑大学材料学院表面科学技术课题组逐步在活化剂成分含量上开展工作，效果明显。

中国专利ZL200810015959.7公开了一种硼-铬-稀土共渗剂及其共析线以下的低温共渗工艺，其中共渗剂成分中活化剂为氟硅酸钠，重量比为15.5-16份，共渗温度为680℃，保温4小时。工件经上述工艺共渗冷却后，得到相对单一Fe₂B渗层，但共渗层较浅；同时由于氟硅酸钠共渗时产生气体，且气体量大，影响共渗层和基体的结合性。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种渗前碾压处理低温多元渗硼后工件变形小、无相变、无内应力、共渗层较深、较为连续、脆性较小、与基体结合牢固、工件耐磨性较好，同时得到单一Fe₂B共渗层的新型低温固体渗硼活化剂。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种新型低温固体渗硼活化剂，其组分按质量比含量为：氟硼酸钾12.6-17.2份，冰晶石(Na5AlF6)35.8-40.4份、氟化钙(CaF2)23.0-27.6份，尿素14.8-19.4份。

一种新型低温固体渗硼活化剂，其组分按质量比含量为：氟硼酸钾12.6份，冰晶石(Na5AlF6)35.8份、氟化钙(CaF2)23.0份，尿素14.8份。

一种新型低温固体渗硼活化剂，其组分按质量比含量为：氟硼酸钾16.6份，冰晶石(Na5AlF6)38.9份、氟化钙(CaF2)25.8份，尿素18.7份。

一种新型低温固体渗硼活化剂，其组分按质量比含量为：氟硼酸钾16.4份，冰晶石(Na5AlF6)39.2份、氟化钙(CaF2)26.6份，尿素17.8份。

一种新型低温固体渗硼活化剂，其组分按质量比含量为：氟硼酸钾17.2份，冰晶石(Na5AlF6)40.4份、氟化钙(CaF2)27.6份，尿素19.4份。

使用该活化剂的共渗剂共渗工艺，包括工件渗前碾压处理、活化剂配制、活化剂粉碎处理、共渗剂配制、工件装箱、硼铬稀土共渗步骤。

低温固体渗硼活化剂提高硼原子活性和扩散速率的机理分析

为拓宽碳钢在精密器件上的应用，采用硼铬稀土多元低温共渗，但传统工艺渗速较低、渗层较浅。为提高渗速，采用渗前碳钢表面碾压处理，经碾压处理后的碳钢表面晶粒达到纳米级，晶粒细小，晶界增多，这样为硼原子的扩散提供了更多的通道，便于提高硼原子的扩散速率；同时经碾压处理后碳钢表面存在大量的缺陷，例如：位错、孪晶等，而且位错密度很高，这些表面的缺陷能够在硼铬稀土共渗过程中降低扩散激活能，加快硼原子的扩散；同时碳钢经碾压处理后表面硬度显著提高，降低了基体与共渗层之间的硬度梯度，改善了共渗层的脆性，增强了共渗层与基体的结合性。