不銹鋼表面鹽浴滲鉻劑及其滲鉻工藝的制作方法

本發明涉及化學熱處理領域，尤其是一種滲鉻劑及其滲鉻工藝，具體是一種不銹鋼表面鹽浴滲鉻配方及其滲鉻工藝。
背景技術：
：td法（toyotadiffusioncoatingprocess）是一種以硼砂為基鹽，在金屬表面滲入硼、釩、鈮、鉻等元素以達到提高材料表面性能目的的方法。td法可以分為四個步驟：分解-擴散-吸附-滲入，被滲元素與基材金屬形成硼化物、碳化物、鉻固溶體等化合物的表面滲層。相比于cvd（chemicalvapordeposition）和pvd（physicalvapordeposition）法，td法所需設備簡單，操作更加方便，價格低廉。硼砂鹽浴自研發出來就受到了廣泛的關注，在材料表面處理領域廣泛使用，但硼砂鹽浴存在著鹽浴流動性差，工件粘鹽多，清洗殘鹽困難等問題，影響了該方法的應用范圍。唐公民的《1cr11moniw1vnbn不銹鋼硼砂鹽浴滲鉻性能研究》在1035℃×3h條件下獲得了10μm左右的滲層，劉曉的《20鋼低溫鹽浴滲鉻工藝及性能研究》制得的滲層只有3～5μm，硬度只有559hv。近年來硼砂滲鉻技術已在多種鋼上得到應用，鉻滲層能提升材料的抗氧化、抗腐蝕性，并且具有獲得結合力強、高硬度、厚滲層的潛力。研究新型鹽浴劑能進一步擴大鹽浴滲鉻的應用，滿足材料應用更苛刻環境的需求，具有重要的意義。技術實現要素：本發明的目的是針對以上硼砂鹽浴的缺點，發明一種以b2o3為基鹽的新型鹽浴滲鉻劑，它能獲得致密連續的滲層，提高滲層厚度，降低粘鹽清理的難度，對相關儀器設備的腐蝕性降低。而且具有可操作性高和巨大的經濟價值。本發明的技術方案之一是：一種新型的不銹鋼表面鹽浴滲鉻劑，其特征在于其配方包括：氧化硼（b2o3）、氟化鈉（naf）、碳化硼（b4c）、氯化鋇（bacl2）、氧化鉻（cr2o3）；各組份的質量分數百分比分別為：氧化硼（b2o3）50～60%、氟化鈉（naf）15～30%、碳化硼（b4c）2～20%、氯化鋇（bacl2）2～15%、氧化鉻（cr2o3）8～15%；各組份之和為100%本發明的技術方案之二是：一種不銹鋼表面鹽浴滲鉻工藝，其特征在于包括以下步驟：（1）按照鹽浴配方百分比分別稱量：氧化硼（b2o3）、氟化鈉（naf）、碳化硼（b4c）、氯化鋇（bacl2）、氧化鉻（cr2o3）；將稱好后的滲鉻劑放入100℃真空干燥箱烘干后放入坩堝中備用；（2）不銹鋼表面預處理：將加工到設定尺寸的工件進行除油-去離子水清洗-砂紙打磨-機械拋光-丙酮超聲波清洗20min-吹干備用；（3）滲鉻處理：將裝有滲鉻劑的坩堝放入1000℃電阻爐中，保溫15min，隨后降溫至滲鉻溫度900～950℃；將工件放入配備好的滲鉻鹽浴坩堝內，并使工件與鹽浴充分接觸，保溫2～4h取出空冷，即在不銹鋼表面制得滲鉻層；（4）清洗工件：輕輕敲打工件，使其表面粘鹽脫落，若仍有殘鹽粘附，置于沸水中煮20-40min即可。所述的滲鉻層在950℃保溫4h條件下滲層厚度在40μm左右;在900℃保溫2h～4h條件下滲層厚度30μm左右。所述的滲鉻層硬度為1600～2300hv。滲鉻后試樣表面粘鹽清理容易，清理后試樣表面整潔；獲得的滲鉻層質量好，連續致密，與基體冶金結合。本發明的有益效果是：（1）本發明提供了一種易于清理粘鹽的滲鉻配方，只需敲打滲完后的工件表面即可得到干凈的工件，用沸水煮，也可輕易去除殘鹽。（2）本發明在不銹鋼表面獲得了質量好的滲鉻層，滲層與基體可以清晰被觀察到，兩者結合較好。（3）本發明獲得的滲鉻層比傳統的硼砂鹽浴獲得的滲鉻層厚許多，表面硬度也提高4倍左右。（4）本發明有效的減少了滲鉻劑對坩堝及夾具的腐蝕。（5）本發明提供的滲鉻劑，無任何毒性，對周圍環境無任何污染。附圖說明圖1是實施例1不銹鋼在950℃保溫4h后滲鉻層光鏡100倍圖。圖2是實施例2不銹鋼在950℃保溫4h后滲鉻層光鏡100倍圖。圖3是實施例3不銹鋼在950℃保溫4h后滲鉻層光鏡100倍圖。圖4是實施例4不銹鋼在950℃保溫4h后滲鉻層光鏡100倍圖。圖5是實施例5不銹鋼在950℃保溫4h后滲鉻層光鏡100倍圖。圖6是實施例6不銹鋼在900℃保溫2h后滲鉻層光鏡100倍圖。圖7是實施例7不銹鋼在900℃保溫4h后滲鉻層光鏡100倍圖。圖8是實施例3試樣的eds區域成分分析圖。圖9是實施例3試樣區域3-eds元素掃描圖。圖10是實施例3試樣5個eds掃描區域cr原子含量條形圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的說明。實施例1。稱量氧化硼（b2o3）52克、氟化鈉（naf）27克、氯化鋇（bacl2）5克、碳化硼（b4c）6%克、氧化鉻（cr2o3）10克鹽浴滲鉻劑放入100℃真空干燥箱烘干后放入坩堝中備用。將不銹鋼棒材機械加工成10mm×10mm×3mm的試樣備用。不銹鋼以s310為例。滲鉻工藝為：不銹鋼表面預處理－滲鉻處理－清洗工件（1）不銹鋼表面預處理：除油-去離子水清洗-砂紙打磨-機械拋光-丙酮超聲波清洗20min-吹干備用；（2）滲鉻處理：將裝有滲鉻劑的坩堝放入1000℃電阻爐中，保溫15min，隨后降溫至滲鉻溫度（900～950℃）；將工件放入配備好的滲鉻鹽浴坩堝內，并使工件與鹽浴充分接觸，保溫一定時間（2～4h）取出空冷，即在不銹鋼表面制得滲鉻層。（3）清洗工件：輕輕敲打工件，使其表面粘鹽脫落，若仍有殘鹽粘附，可至于沸水中煮20-40min即可。試樣實驗清理后進行檢測。通過光鏡測量實施例一滲鉻層平均厚度為39.97μm（圖1）；滲鉻層表面顯微硬度在100gf壓力下測得平均為2304hv。實施例2。稱量由氧化硼（b2o3）60克、氟化鈉（naf）18克、氯化鋇（bacl2）6克、碳化硼（b4c）6克、氧化鉻（cr2o3）10克鹽浴滲鉻劑放入100℃真空干燥箱烘干后放入坩堝中備用，實驗方法與步驟同實施例1一致。試樣實驗清理后進行檢測。通過光鏡測量實施例一滲鉻層平均厚度為22.37μm（圖2）；滲鉻層表面顯微硬度在100gf壓力下測得平均為1657hv。實施例3。鹽浴滲鉻劑稱量：氧化硼（b2o3）60克、氟化鈉（naf）16克、氯化鋇（bacl2）6克、碳化硼（b4c）8克、氧化鉻（cr2o3）10%，實驗方法與步驟同實施例1一致。試樣實驗清理后進行檢測。通過光鏡測量實施例一滲鉻層平均厚度為38.62μm（圖3）；滲鉻層表面顯微硬度在100gf壓力下測得平均為1842hv。下表為圖8各測量區域元素百分比，其中區域5是基體原子百分比。區域（area）cr原子百分比fe原子百分比area125.2053.52area227.4148.87area324.3653.23area422.3449.01area521.2250.20實施例4鹽浴滲鉻劑稱量：氧化硼（b2o3）58克、氟化鈉（naf）16克、氯化鋇（bacl2）6克、碳化硼（b4c）10克、氧化鉻（cr2o3）10克，實驗方法與步驟同實施例1一致。試樣實驗清理后進行檢測。通過光鏡測量實施例一滲鉻層平均厚度為44.04μm（圖4）；滲鉻層表面顯微硬度在100gf壓力下測得平均為1924hv。實施例5。鹽浴滲鉻劑稱量：氧化硼（b2o3）54克、氟化鈉（naf）22克、氯化鋇（bacl2）6克、碳化硼（b4c）8克、氧化鉻（cr2o3）10克，實驗方法與步驟同實施例1一致。試樣實驗清理后進行檢測。通過光鏡測量實施例一滲鉻層平均厚度為18.31μm（圖5）；滲鉻層表面顯微硬度在100gf壓力下測得平均為1642hv。實施例6。方法和實施例3一樣，不同之處是實驗溫度為900℃，實驗時間2h。試樣實驗清理后進行檢測。通過光鏡測量實施例一滲鉻層平均厚度為29.13μm（圖6）；滲鉻層表面顯微硬度在100gf壓力下測得平均為1670hv。實施例7。方法和實施例3一樣，不同之處是實驗時間4h。試樣實驗清理后進行檢測。通過光鏡測量實施例一滲鉻層平均厚度為30.49μm（圖7）；滲鉻層表面顯微硬度在100gf壓力下測得平均為2191hv。實施例8。本實施例與實施例1-7的區別在于鹽浴滲鉻劑稱量為：氧化硼（b2o3）50克、氟化鈉（naf）30克、氯化鋇（bacl2）10克、碳化硼（b4c）2克、氧化鉻（cr2o3）8克。實施例9。本實施例與實施例1-7的區別在于鹽浴滲鉻劑稱量為：氧化硼（b2o3）60克、氟化鈉（naf）15克、氯化鋇（bacl2）2克、碳化硼（b4c）8克、氧化鉻（cr2o3）15克。實施例10。本實施例與實施例1-7的區別在于鹽浴滲鉻劑稱量為：氧化硼（b2o3）60克、氟化鈉（naf）15克、氯化鋇（bacl2）15克、碳化硼（b4c）2克、氧化鉻（cr2o3）8克。實施例10。本實施例與實施例1-7的區別在于鹽浴滲鉻劑稱量為：氧化硼（b2o3）50克、氟化鈉（naf）15克、氯化鋇（bacl2）5克、碳化硼（b4c）20克、氧化鉻（cr2o3）10克。本發明未涉及部分均于現有技術相同或可采用現有技術加以實現。當前第1頁12