[发明专利]一种纯钴渗硼硅处理方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种纯钴渗硼硅处理方法。

背景技术

钴是一种重要的战略金属，由于其具有优良的物理、化学和机械性能，是生产耐高温、耐腐蚀和强磁性等材料的重要原料，钴及其合金广泛应用于电机、机械、化工、航空和航天等领域，可用作燃气轮机的叶片、叶轮、导管、喷气发动机、火箭发动机、导弹部件，化工设备中各种高负荷耐热部件和原子能工业的重要金属材料。随着现代工业特别是航空、航天业的发展，热端部件使用温度不断提高，使用环境也愈加苛刻，钴及其合金的高温氧化问题成为制约热端部件应用和使用寿命的重要因素之一。

渗硼是硼进入铁及一系列非铁金属表面的化学热处理过程，渗硼后的钴及其合金具有较高的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。渗硅作为一种化学热处理方法也可以显著提高钴及其合金的耐磨性、耐酸性和耐热性。当采用含有大量SiC的渗剂对钴进行处理时，在其基体上将会形成表层硅化物层，内层硼化物层的双层渗层，我们将其称为渗硼硅处理(Borosiliconizing)。在高温环境下，基体材料与渗层之间的内扩散加剧，通常会导致单层渗层的保护作用减弱甚至丧失，然而多层渗层(Multilayercoatings)能够有效解决上述问题，内、外渗层均具有良好的抗高温氧化性和耐磨性，并且内层渗层能够在高温下有效阻止基体和外层渗层之间的内扩散。

因此，本专利通过对纯钴进行渗硼硅处理获得多层渗层，研究了多层渗层的显微组织及高温氧化性能，以期获得具有特殊表面性能的渗层。

发明内容

本发明专利的目的在于提供一种纯钴渗硼硅处理方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，试样表面处理

采用99.95wt％纯钴，经线切割加工成10mm×10mm×10mm的试样，将试样表面经600号砂纸打磨并抛光处理。

步骤二，渗硼硅处理

渗硼硅处理装置图如图1所示。将步骤一所制的纯钴试样用乙醇除油清洗。将清洗过的试样放置在渗剂中，所述纯钴和渗剂的质量比约为1：10-20，并密封在钢制渗箱中，将渗箱放入加热炉内，处理参数分别为850℃下保温2h、4h、6h、8h，900℃下保温2h、4h、6h、8h，950℃下保温2h、4h、6h、8h，之后随炉冷却到室温取出既得具有硼硅渗层的钴片，所述渗层的内层为硼化物层，外层为硅化物层。

其特征在于步骤一中所述的渗剂渗剂为粒状，粒度为1mm。

其特征在于步骤二中所述的渗剂由供硼剂、活化剂和填充剂(供硅剂)组成，所述供硼剂为B₄C，活化剂为KBF₄，填充剂(供硅剂)为SiC，其中B4C、KBF₄、SiC的质量比为1-10:1-5:80-95。

其特征在于所述B₄C、KBF₄、SiC的质量比为8：4：88。

其特征在于步骤二所述加热炉为SX2-4-10型箱式电阻炉。

其特征在于步骤二中所制得的具有硼硅渗层的钴片中渗层的厚度大约在40-186μm，所述硼化物层和硅化物层的厚度比值为1-4:8-10，硅化物层硬度大约为710HV_0.025，硼化物层硬度大约为1296-1444HV_0.025。

其特征在于硅化物层的厚度约15μm，过渡层的厚度约15μm，硼化物层的厚度约104μm。

其特征在于步骤二中所制得的具有硼硅渗层的钴片的磨损率为2.46mg/km。

磨损性能试验采用M-200磨损实验机(转速为200r/min)，其磨损示意图如图2所示。图中的摩擦副采用GCr15钢圆环(内径Ф15mm、外径Ф50mm)，待测试样为10mm×10mm×10mm。所选载荷为30N，磨损时间为900s，每个试样重复3次磨损。采用TG328A型光电天平分别称磨损前后的试样重量(精确到0.1mg)，以试样的失重来评价其耐磨性。为了进一步说明渗硼硅试样的磨损行为及磨损机制，本实验运用扫描电子显微镜(SEM，HITCHIS-3400N)对其磨损后的形貌进行了观察。