[发明专利]一种金属表面钒、铬合金化的新方法

说明书

本发明属于金属表面处理技术领域。

金属表面合金化可使金属零件的表面性能显著提高，尤其是对于一些耐磨、耐蚀且表面精度要求甚高的工具、模具和机械零件，应用表面合金化后，能使材料的寿命提高十几倍甚至几十倍。且由于表面合金化使用的合金元素很少，因此，表面合金化方法是一种经济有效的改善金属材料性能的方法之一。常见的金属表面合金化方法有三种：气体法、固体法、熔体法，三种方法相比较，气体法要求在真空条件下进行，因此，设备复杂，投资费用高，实际中采用受到限制。固体法合金化速度慢，加热不均匀，保护条件要求严格。熔体法中的金属液法只能用于少数低熔点金属如：Pb、Al等，熔盐法（TP法）是日本70年代末发明的一种金属表面合金化的新方法，现已发展成为一个较普遍的金属表面处理方法，此方法有许多优点，设备简单，投资费用低，反应速度快，加热均匀，又能与一般的热处理工艺同时进行，不必另外增加工艺和设备，但是经TD法处理后的金属表面粘附着残盐。难以清除，影响了合金化的效果，还需要采用一些方法清除残盐。另外，TD法所用还原剂Al粉生成的产物造成熔盐的熔点升高，随着生成物的增多，还会使熔盐流动性变差，甚至不熔。

本发明的目的在于提供一种利用熔渣作为融体介质，实现金属表面合金化的新方法，既具有熔盐法的优点，又可以解决熔盐法中金属表面残盐粘附问题。并使加入还原剂生成的产物熔于熔渣而对熔渣的熔点、流动性等性质影响不大。熔渣资源广泛，适用多种金属材料。

本发明首先把渣加热到熔化温度850～1150℃，然后加入还原剂Si粉或Fe-Si合金，用量为1.2～2.5硅当量，同时进行搅拌，搅拌后将欲处理的金属零件浸入熔渣中，继续加热，根据处理时间与合金层厚度关系δ＝K，δ-合金层厚度（μm），t-处理时间（小时），当零件达到一定的合金层厚度时，取出零件水冷，表面粘渣很容易脱落。经处理后合金层厚度为3～15μm。金属零件可是各种碳钢、铸铁及纯铁。

熔渣成分（重量%）为B₂O₃40-70%、SiO₂10-50%、CaO 0-20%、TiO₂0-5%、MgO 0-5%、Na₂O 3-10%、V₂O₅5-20%或Cr₂O₃5-20%。熔渣中进行金属表面合金化，可用V₂O₅、Cr₂O₃等氧化物代替金属粉末作为合金元素的添加剂，甚至可用炼钢提钒渣为添加剂。

实施例：熔渣成份（重量百分比）为B₂O₃50%、SiO₂12%、Na₂O 5%、V₂O₅10%、还原剂1.2硅当量，熔渣温度1000℃，处理时间1小时，处理金属为45号钢，处理后金属表面生成VC合金层，表面硬度为2200Hv，此基体硬度提高3.4倍，耐磨性提高14.6倍。

本发明有效地实现了金属表面合金化，从而提高了金属表面的耐磨性和耐蚀性，工艺简单，可与一般的热处理工艺同时进行，不需增加工艺和设备。操作方便，适于工具、模具等耐磨耐蚀要求较高的零件。