[发明专利]盐浴稀土钒硼共渗工艺

说明书

本发明涉及一种盐浴稀土钒硼共渗工艺。

当今应用表面工程技术以提高模具使用寿命的工艺技术，正日益受到人们的普遍重视与研究，其中渗硼及渗钒技术经过二十多年的系统研究，已成功地应用于耐磨件及工模具上，取得了较好的应用效果。单一渗硼虽然能得到较厚的渗层，但脆性大，易剥落，致密性差。而单一渗钒虽然能得到高硬度的渗层，但渗层薄，不能承受较重载荷的使用要求，从而大大限制其应用范围。

本发明的目的在于提供一种盐浴稀土钒硼共渗工艺该工艺能提供高硬度、高耐磨、低脆性的共渗层组织，以满足承受大载荷的模具服役条件的要求，扩大模具的应用范围，较大幅度地提高模具的使用寿命。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一、盐浴稀土钒硼共渗理论依据：

以硼砂作为盐浴，硼砂熔点为740℃，熔融后将分解为偏硼酸钠和三氧化二硼：

根据硼、钒和铝生成氧化物的自由能(ΔF)，如图1所示，可知，在800—1200℃范围内，硼负于钒、铝又负于硼，所示铝比硼和钒都易于形成氧化物，而硼又比钒容易形成氧化物，在熔融硼砂浴中，当加入V₂O₅和AL粉后，铝有充分机会碰到B₂O₃和V₂O₅，当铝同时与V₂O₅和B₂O₃相遇时，由于热力学条件的缘故，铝将首先置换出钒，如果铝先与B₂O₃相遇，按热力学条件，同样要置换出元素硼，但由于熔盐中有V₂O₅存在，所以硼在充分的动力学条件下，最终将与V₂O₅作用而置换出钒，当V₂O₅全部作用完毕后，多余的铝才开始置换出B₂O₃中的硼，并且在熔盐中保持下来。

…………(1)

……………(2)

按化学方程式(1)可算出，当V₂O₅与AL的重量比为1∶0.5时，V₂O₅被全部置换，所以在硼砂盐浴中加入V₂O₅与AL的重量比为1∶0.5时，盐浴中的碳钢工件在相变温度之上转变为奥氏体时，强碳化物形成元素钒就向零件自表而里地扩散，基体材质中碳向表面迁移，从而在工件表面获得碳化钒被覆层。当加入过量还原剂AL，即V₂O₅与AL的重量比大于1∶0.5时，盐浴中的AL已将V₂O₅的钒全部置换，那么余下的AL就按式(2)置换出B原子，于是工件表面开始渗硼，便可实现钒硼共渗[李竹君等，锦州工学院学报，1988(4)，8—14；刘君立等，硼砂熔盐中渗硼及渗金属，《中国机械工程学会热处理学会第二次年会论文》1979、2]。

由于稀土元素有4f壳层结构，其化学活性大，与氧的亲合力要比铝的更强[I Barin and O Knacke《Thermochemicalprropcrties of inorgnic substances》New York.1973，217]，因而在熔盐里中温分解的活性稀土原子与V₂O₅和B₂O₃进行还原反应，从而增大渗剂的反应，产生更多的活性钒原子和活性硼原子，使吸附在钢表面的活性钒原子和活性硼原子浓度提高，导致渗层中钒原子和硼原子浓度梯度u/x增加，使表面扩散渗入的钒原子和硼原子通量J＝—Du/x增大[陈崇伟等，稀土，1990(3)，16—21]，加速了钒硼共渗层的生成。