專利名稱：一種鹽浴鈮鉻共滲劑及其應用工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于化學熱處理領域，具體涉及一種鹽浴鈮鉻共滲劑及其應用工藝。
背景技術：
機器零件或工模具在工作過程中多數因表面磨損、氧化或者腐蝕而影響壽命，所以提升表面性能可顯著提高它們的使用壽命。鹽浴表面強化技術因具有鹽浴流動性好、工藝穩定、處理效果好和價格低廉、處理過程無公害，且所形成的滲層在常溫下具有良好的穩定性、耐磨性、抗粘著性及較高的表面硬度，使用性能穩定等優點，被認為是工模具理想的表面強化技術。單一滲鈮層有極高的表面硬度和冷態耐磨性，但覆層與基體硬度差距過大，這種硬度的急劇變化會產生應力集中，增加覆層脆性，減少覆層壽命，而且碳化鈮高溫抗氧化性能差。單一滲鉻抗高溫氧化性能好，但耐磨性較低。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足而提供一種鹽浴鈮鉻共滲劑及其應用工藝，所形成的覆層厚度高、硬度大，覆層與工件基體間硬度呈梯度分布,應力集中降低、使用壽命長。本發明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為:
一種鹽浴鈮鉻共滲劑，按重量百分比計，它包括由硼砂55-70%，五氧化二鈮6-12%，三氧化二鉻6-12%，碳化硼3-6%，氟化鈉8-12%，稀土硅鎂1-3%組成。一種鹽浴鈮鉻共滲劑的應用工藝，它包括如下步驟:
(1)按重量百分比計，稱取硼砂55-70%，五氧化二鈮6-12%，三氧化二鉻6-12%，碳化硼
3-6%，氟化鈉8-12%，稀土硅鎂1-3%，備用；
(2)按上述配比，向坩堝內加入硼砂，先將少量硼砂加入，待硼砂熔化之后，再緩慢加入少量硼砂，逐步依次進行，直到全部硼砂熔化；再加入五氧化二鈮、三氧化二鉻、氟化鈉、稀土硅鎂充分攪拌至全部熔化，最后加入碳化硼至熔化形成鹽浴，保溫I小時；
(3)將工件浸入熔化的鹽浴中，保持溫度為900-920°C，2-4小時后升溫至950-980°C，2-4小時后將爐溫降至Arl保溫2-4小時，進而在工件基體材料的淬火溫度處保溫I小時，將工件取出后直接油淬，然后于200°C溫度下回火保溫2小時，即可獲得具有一定厚度的鈮鉻共滲梯度覆層的工件。工件經過油淬后的回火處理，去除殘余應力，穩定工件尺寸，提高綜合力學性能。與現有技術相比，本發明的有益效果:
(I)碳化鈮硬度極高，而工件基體材料的硬度最高也只有800-900HV，如果受到較高的沖擊載荷，覆層容易出現崩落。本發明在滲鉻過程中，由于鉻原子與鐵原子半徑較為相近，會發生明顯的元素互擴散，形成含大量鐵、鉻元素的過渡區，沿覆層截面方向的硬度過渡會比較平緩而不會出現劇變。另外碳化鉻硬度介于碳化鈮與工件基體材料之間，整個硬度從最表面到內部是逐漸變小的，形成了 功能梯度覆層，所以覆層應力集中大大降低，脆裂傾向減少，覆層抗沖擊能力提高。(2)單一滲鈮層有極高的表面硬度和冷態耐磨性，但抗高溫氧化性能較差，在450°C以上時就會出現比較嚴重的氧化現象，限制了碳化鈮覆層的應用范圍。鉻碳化物具有良好的抗高溫氧化性，在900°C以下仍能保持較高的穩定性。所以本發明所得共滲層的耐熱性優于滲鈮層。(3)在兩種元素同時滲入時，滲入的元素會發生相互作用，從而影響擴散層的深度和速度，其中活性較小的組元的擴散速度隨活性較大的組元的含量增加而增大。因此，鈮鉻共滲時，鉻的加入會增加鈮的擴散速度，覆層厚度增厚。本發明適用于各種冷作模具的強化處理，特別適合用于提高承受動負荷較大的冷作模具的壽命。適用于鋼鐵、鑄鐵和耐熱金屬制件的強化處理。
圖1為實施例1中所得的鈮鉻共滲梯度覆層的XRD圖譜。圖2為實施例1中所得的鈮鉻共滲梯度覆層截面的金相顯微組織照片。
具體實施例方式為了更好地理解本發明，下面結合實例進一步闡明本發明的內容，但本發明不僅僅局限于下面的實施例。
稀土硅鎂購于洛陽忠誠集團有限公司；本發明所用的化工原料均為工業級產品。物相分析方法:利用轉靶衍射儀對鈮鉻共滲梯度覆層進行X射線衍射分析，得出覆層的相組成及各元素存在狀態(如圖1所示)。覆層形貌觀測方法:用金相顯微鏡觀察鈮鉻共滲梯度覆層的厚度及組織形態(如圖2所示)。表面硬度測試方法:用HX-1000TM維氏顯微硬度計測量。耐磨性測試方法:采用球盤式磨損實驗機進行覆層的疲勞磨損實驗。實施例1
一種鹽浴鈮鉻共滲劑，按重量百分比計，它包括由硼砂55%，五氧化二鈮12%，三氧化二鉻12%，碳化硼6%，氟化鈉12%，稀土硅鎂3%組成；
一種鹽浴鈮鉻共滲劑的應用工藝，它包括如下步驟:
(1)按重量百分比計，稱取硼砂55%，五氧化二鈮12%，三氧化二鉻12%，碳化硼6%，氟化鈉12%，稀土硅鎂3%，備用；
(2)按上述配比，向坩堝內加入硼砂，先將少量(如1/5的硼砂)硼砂加入，待硼砂熔化之后，再緩慢加入少量硼砂，逐步依次進行，直到全部硼砂熔化；再加入五氧化二鈮、三氧化二鉻、氟化鈉、稀土硅鎂充分攪拌至全部熔化，最后加入碳化硼至熔化形成鹽浴，保溫I小時；
(3)將Crl2鋼(工件)浸入熔化的鹽浴中，保持溫度為900°C，4小時后升溫至950V，4小時后將爐溫降至Arl保溫3小時，進而將溫度升至950°C保溫I小時，將Crl2鋼取出后直接油淬，然后于200°C溫度下回火保溫2小時，即可獲得鈮鉻共滲梯度覆層的工件。經上述工藝處理后的Crl2鋼(工件)，具有如下效果:①覆層物相組成為Cr7C3和NbC，厚度為12.5微米，硬度為3010HV，耐磨性是未經處理的Cr 12鋼的4.1倍；
②Crl2鋼的鈮鉻共滲梯度覆層與碳化鈮覆層顯微硬度基本相同，說明鈮鉻共滲層同樣具有良好的表面耐磨性；
③滲層橫截面硬度出現梯度變化，因而應力集中大大降低，減少脆裂傾向，提高覆層抗沖擊能力。根據JY/T 016-1996波長色散型X射線熒光光譜儀方法通則，采用Axiosadvanced X射線熒光光譜儀，檢測條件是電壓3(T60kV，電流5(Tl00mA，鈮鉻共滲梯度覆層的檢測結果如表I所示。表I
權利要求
1.一種鹽浴鈮鉻共滲劑，其特征在于按重量百分比計，它包括由硼砂55-70%，五氧化二鈮6-12%，三氧化二鉻6-12%，碳化硼3-6%，氟化鈉8-12%，稀土硅鎂1_3%組成。
2.權利要求1所述的一種鹽浴鈮鉻共滲劑的應用工藝，其特征在于它包括如下步驟: (1)按重量百分比計，稱取硼砂55-70%，五氧化二鈮6-12%，三氧化二鉻6-12%，碳化硼3-6%，氟化鈉8-12%，稀土硅鎂1-3%，備用； (2)按上述配比，向坩堝內加入硼砂，直到全部硼砂熔化；再加入五氧化二鈮、三氧化二鉻、氟化鈉、稀土硅鎂，充分攪拌至全部熔化，最后加入碳化硼至熔化形成鹽浴，保溫I小時； (3)將工件浸入熔化的鹽浴中，保持溫度為900-920°C，2-4小時后升溫至950-980°C，2-4小時后將爐溫降至Arl保溫2-4小時，進而在工件基體材料的淬火溫度處保溫I小時，將工件取出后直接油淬，然后于200°C溫度下回火保溫2小時，即可獲得鈮鉻共滲梯度覆層的工 件。
全文摘要
本發明涉及了一種鹽浴鈮鉻共滲劑，其特征在于按重量百分比計，它包括由硼砂55-70%，五氧化二鈮6-12%，三氧化二鉻6-12%，碳化硼3-6%，氟化鈉8-12%，稀土硅鎂1-3%組成。本發明獲得的覆層能夠克服單金屬覆層硬度梯度大的缺點，同時提供高硬度、高耐磨、低脆性的共滲梯度組織，以滿足承受大載荷的工件服役條件的要求，擴大模具的應用范圍，較大幅度提高模具的使用壽命。
文檔編號C23C10/26GK103103476SQ20131003797
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月31日 優先權日2013年1月31日
發明者王華君, 張文杰, 王華昌, 徐德鑫, 李愛農, 孫啟坤, 趙堃 申請人:武漢理工大學