[发明专利]硼硫共渗试剂、硼硫工渗方法、硼硫共渗金属工件及应用

说明书

本申请涉及金属表面处理领域，公开一种硼硫共渗试剂、硼硫工渗方法、硼硫共渗金属工件及应用。该硼硫共渗试剂包括以下重量百分比的组分：碳化硼25％‑55％，渗硫主剂7％‑13％，活性剂12％‑17％，稀土化合物5％‑12％，填充剂余量，所述渗硫主剂包括硫化亚铁和/或硫脲。该硼硫共渗试剂可实现对金属工件的硼硫共渗，无需分别进行渗硼和渗硫，因而可大大简化金属工件渗硼和渗硫的工艺，并且采用该试剂在较低的温度下即可实现硼硫共渗，相对于传统渗硼工艺来说能耗更低，成本更低。所述硼硫共渗方法采用上述硼硫共渗试剂对金属工件进行硼硫共渗，工艺简单，共渗温度低，成本低，所得硼硫共渗金属工件的耐磨性和自润滑性优良。

技术领域

本申请涉及金属表面处理领域，特别涉及一种硼硫共渗试剂、硼硫工渗方法、硼硫共渗金属工件及应用。

背景技术

金属表面的化学热处理可在金属表层组织中引入间隙原子或合金相，可在不改变基材成分和性能的前提下大幅提升工件的表面机械性能，例如硬度、耐磨性、疲劳性能等，对于企业降低生产成本、提高生产效率，具有非常重要的意义。

近年来，国内外科研工作者在表面改性领域开展了大量的研究工作，开发了多种表面改性技术，其中渗硼工艺逐渐成为大家关注的重点。渗硼是指将钢铁样品置于含硼的介质中，加热至一定温度，并保温一段时间，通过化学或电化学反应，使得硼原子渗入样品表面一定深度，并生成铁的硼化物的工艺技术。渗硼处理可显著提升工件的表面硬度、耐磨性、热硬性和抗氧化性，同时渗硼工艺简单，投入较少，近年来得到迅速发展。传统的渗硼工艺主要包括固体渗硼、液体盐浴渗硼和离子渗硼，其温度均较高(800～1000℃以上)，不但耗能较大，而且使得金属工件在渗硼过程中容易产生变形；同时由于渗硼层与基体间存在较大的热膨胀系数差异，过高的冷却速率容易造成渗硼层断裂，因而渗硼后的金属工件难以直接淬火处理。因此若能在较低的温度下进行渗硼处理，则可有效减少金属工件的变形，同时还能降低企业的能耗和生产成本。

除渗硼处理外，渗硫处理也是各类金属工件(例如模具)常用的表面固体润滑处理工艺。渗硫是指钢铁材质与含硫介质反应生成硫化物的化学热处理工艺，而经过渗硫处理后，钢铁工件表层可形成包含FeS+FeS₂的化学转化膜，该转化膜为密排六方结构，在剪切力的作用下易发生面间滑移，因此具有自润滑效果。这层固体润滑膜的自润滑性可有效降低模具工件在工作时的摩擦系数，提高抗擦伤和抗咬死性能。钢铁渗硫的工艺主要包括固体渗硫、液体盐浴渗硫和低温电解渗硫，其中固态渗硫通常使用FeS为供硫剂、NH₄Cl为催化剂，温度则包括高温(800℃～930℃)和中温渗硫(520℃～600℃)，其优点是简便易行，前期投资小，成本低。目前采用较多的方法是低温电解渗硫，其盐浴成分主要为KCNS和NaCNS，可形成约5～15μm的渗硫层，虽然操作简单，但硫氰盐的毒性较高，且盐浴易老化失去渗硫效果，后期造成污染难题。需要注意的是，硫在铁中的固溶度很低，因此若硫化物下方没有较强的支撑，则硫化物非常容易被磨损而失去其润滑作用，因此硫元素通常与其它元素在一道工序中同时渗入以获得较好的综合性能。

渗硼处理可有效提高钢铁材料的表面硬度和耐磨性，但表层的硼化物通常较脆，且自润滑效果不明显；而渗硫处理会降低工件的表面硬度，其自润滑性可显著降低摩擦系数，但渗硫层需要高硬度的基体层作为支撑。因此，若能将渗硫与渗硼结合起来，综合利用两种表面处理工艺的优点，预计可显著提高工件的耐磨性，并有效降低工况条件下的摩擦系数，还能提高产品的表面质量和工件的使用寿命。

专利CN00114511.8公开了一种钢件表面的渗硼渗硫复合层，并具体公开了一种硼硫复合共渗工艺，但其渗硼工艺为常规工艺，温度较高，且后续渗硫工艺为气体离子渗硫，共渗工艺较复杂，且成本较高。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本申请公开了一种硼硫共渗试剂、硼硫工渗方法、硼硫共渗金属工件及应用，以实现在较低温度下对金属工件进行硼硫共渗、共渗工艺简单、成本低、所得硼硫共渗金属工件的耐磨性和自润滑性优良的效果。