一种对工件进行渗硼的表面处理方法技术

本发明专利技术公开了一种对工件进行渗硼的表面处理方法。包括如下步骤：渗硼粉末的制备、渗硼膏体的制备、渗硼膏体的涂覆、保护膏体的制备、保护膏体的涂覆、渗硼处理；其中，渗硼粉末的制备是按照质量分数将5-7%或9-20%的B4C粉末、和KBF4粉末、碳粉、SiC粉末混合为渗硼粉末；其中，渗硼膏体的制备是将质量分数2%的羧甲基纤维素钠水溶液与所述渗硼粉末按照质量比1:5混合制成所述渗硼膏体。本发明专利技术的有益之处在于与粉末渗硼法相比操作简单，可实现局部渗硼，渗硼效率高，渗硼层厚；在标准大气压下即可进行渗硼反应，无需保护气体、装箱密封等，保护层流动性、密封性好，硼耗少成本低，清洗容易。

【技术实现步骤摘要】
一种对工件进行渗硼的表面处理方法
本专利技术涉及一种表面处理方法，具体涉及一种对工件进行渗硼的表面处理方法。
技术介绍
渗硼使钢材表面具有很高的硬度和耐磨性，抗腐蚀性、抗氧化性和红硬性也较之前的工艺有了明显增强，与常用的渗氮、渗碳相比能够满足更高服役条件的要求。渗硼层主要由Fe2B、FeB两相构成，可分为Fe2B单相渗硼层、FeB-Fe2B双相渗硼层。单相渗硼层较双相渗硼层硬度低，耐磨性稍差；双相渗硼层硬度较高，耐磨性较好，但FeB相较脆，同时Fe2B、FeB的物理性质差异较大使得结合处易产生裂纹。现有的渗硼的方法工序复杂，对环境要求较高，增加了这些方法在工业生产中应用的难度。
技术实现思路
本专利技术提供的对工件进行渗硼的表面处理方法具有能在一般大气环境中实现以及单双相渗层可控的优点。本专利技术采用如下的技术方案：一种对工件进行渗硼的表面处理方法，包括：（1）渗硼粉末的制备：按照质量分数，将5-7%的B4C粉末、3-5%的KBF4粉末、5-8%的碳粉、70-85%的SiC粉末混合为渗硼粉末；（2）渗硼膏体的制备：将质量分数2%的羧甲基纤维素钠水溶液与渗硼粉末按照质量比1:5混合制成渗硼膏体；（3）渗硼膏体的涂覆：将渗硼膏体涂覆至待处理工件的表面，在第一温度下干燥第一预设时间；（4）保护膏体的制备：按照质量分数，将90%的Na2SiO3·9H2O和10%硼酸混合并加热为保护膏预混液；按照质量比，将石英粉与粘土以1:6混合为保护膏预混粉末；将保护膏预混液与保护膏预混粉末以质量比1:2混合并搅拌为保护膏体；（5）保护膏体的涂覆：将保护膏体涂覆至待处理工件外的渗碳膏体的外表面使保护膏体对渗碳膏体完全覆盖；（6）渗硼处理：将涂覆好保护膏体和渗碳膏体的待处理工件至于加热装置中，在第二温度下干燥第二预设时间，在第三温度下保温第三预设时间；其中，第一温度和第二温度均小于第三温度，第一预设时间小于第二预设时间，第二预设时间小于第三预设时间。前述的对工件进行渗硼的表面处理方法中，第一温度小于等于250℃，第一预设时间大于等于5分钟小于等于10分钟。前述的对工件进行渗硼的表面处理方法中，第二温度小于等于350℃，第一预设时间大于等于15分钟小于等于30分钟。前述的对工件进行渗硼的表面处理方法中，第三温度取值范围850-950℃，第三预设时间取值范围为3-6小时。前述的对工件进行渗硼的表面处理方法中，至少步骤（6）渗硼处理在0.5~1.5×105Pa气压环境下完成。另一种对工件进行渗硼的表面处理方法，包括：（1）渗硼粉末的制备：按照质量分数，将9-20%的B4C粉末、5-20%的KBF4粉末、5-10%的碳粉、50-70%的SiC粉末混合为渗硼粉末；（2）渗硼膏体的制备：将质量分数2%的羧甲基纤维素钠水溶液与渗硼粉末按照质量比1:5混合制成渗硼膏体；（3）渗硼膏体的涂覆：将渗硼膏体涂覆至待处理工件的表面，在第一温度下干燥第一预设时间；（4）保护膏体的制备：按照质量分数，将90%的Na2SiO3·9H2O和10%硼酸混合并加热为保护膏预混液；按照质量比，将石英粉与粘土以1:6混合为保护膏预混粉末；将保护膏预混液与保护膏预混粉末以质量比1:2混合并搅拌为保护膏体；（5）保护膏体的涂覆：将保护膏体涂覆至待处理工件外的渗碳膏体的外表面使保护膏体对渗碳膏体完全覆盖；（6）渗硼处理：将涂覆好保护膏体和渗碳膏体的待处理工件至于加热装置中，在第二温度下干燥第二预设时间，在第三温度下保温第三预设时间；其中，第一温度和第二温度均小于第三温度，第一预设时间小于第二预设时间，第二预设时间小于第三预设时间。前述的对工件进行渗硼的表面处理方法中，第一温度小于等于250℃，第一预设时间大于等于10分钟小于等于20分钟。前述的对工件进行渗硼的表面处理方法中，第一温度小于等于250℃，第一预设时间大于等于5分钟小于等于10分钟。前述的对工件进行渗硼的表面处理方法中，第二温度小于等于350℃，第一预设时间大于等于15分钟小于等于30分钟。前述的对工件进行渗硼的表面处理方法中，至少步骤（6）渗硼处理在0.5~1.5×105Pa气压环境下完成。本专利技术的有益之处在于：1）在对中碳钢材料的工件渗硼时，具有分别得到Fe2B单相渗硼层、FeB-Fe2B双相渗硼层的可控性。2）与粉末渗硼法相比操作简单，可实现局部渗硼，渗硼效率高，渗硼层厚；3）在标准大气压下即可进行渗硼反应，无需保护气体、装箱密封等，保护层流动性、密封性好，硼耗少成本低，清洗容易。附图说明图1是本专利技术实施例1所得到的Fe2B单相渗硼层显微组织图片。图2是本专利技术实施例2所得到的Fe2B单相渗硼层显微组织图片。图3是本专利技术实施例3所得到的FeB-Fe2B双相渗硼层显微组织图片。图4是本专利技术实施例4所得到的Fe2B单相渗硼层显微组织图片。图5是本专利技术实施例5所得到的FeB-Fe2B双相渗硼层显微组织图片。图6是本专利技术实施例6所得到的FeB-Fe2B双相渗硼层显微组织图片。具体实施方式本专利技术的对工件进行渗硼的表面处理方法主要包括如下步骤：渗硼粉末的制备、渗硼膏体的制备、渗硼膏体的涂覆、保护膏体的制备、保护膏体的涂覆、渗硼处理。其中，渗硼粉末的制备根据所需要的渗硼层的需要可以采用如下两种不同的方案。如果需要Fe2B单相渗硼层，则按照质量分数，将5-7%的B4C粉末、3-5%的KBF4粉末、5-8%的碳粉、70-85%的SiC粉末混合为渗硼粉末。如果需要FeB-Fe2B双相渗硼层，则按照质量分数，将9-20%的B4C粉末、5-20%的KBF4粉末、5-10%的碳粉、50-70%的SiC粉末混合为渗硼粉末。本专利技术适用的由中碳钢制成的工件，更具体的而言，其适于牌号为40Cr（成分见表1）的钢材制成的工件。表140Cr钢的化学成分（质量%）CSiMnCrNiMoCuPS0.430.200.630.930.050.010.050.01120.011在对工件进行渗硼处理时，为了获得良好的渗硼效果，需要去除工件表面的锈迹和油污，采用砂纸打磨，并用酒精清洗、烘干后待用。在实际处理时，可以分析工件的工作环境，如承受的载荷较大，则需要避免脆性，选用Fe2B单相渗硼层；如需极高的耐磨性，则需要具有较高的硬度，选用FeB-Fe2B双相渗硼层。按照具体比例称量所需的渗硼粉末，调制成膏状，涂覆在待渗硼工件表面，厚度为5-10mm，置于SX2-4-10型箱式电阻炉内在150-250℃下干燥5-10分钟。完成渗硼粉末的制备、渗硼膏体的制备、渗硼膏体的涂覆的步骤。其中，碳粉可以采用活性炭粉。接下来，进行保护膏体的制备和保护膏体的涂覆：称取质量分数为90%Na2SiO3·9H2O和10%硼酸混合后，置于HHS1型电热恒温水浴锅内加热至80℃保温5分钟融化成液体。将纯度为95%的石英粉与粘土以质量比1:6混合。将上述液体与混合粉末按照质量比1:2的比例混合，使用搅拌机（200转/分）搅拌2分钟成膏状，调制成膏状保护层将渗硼膏剂与工件整体包裹。再然后进行渗硼处理：将涂覆好的工件置于SX2-4-10型箱式电阻炉中，在250-350℃下干燥15-30分钟。再将SX2-4-10型箱式电阻炉升温至850-950℃，保温3-6小时后，取出空冷。然后，将保护层敲碎，取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对工件进行渗硼的表面处理方法，其特征在于，包括：（1）渗硼粉末的制备：按照质量分数，将5‑7%的B4C粉末、3‑5%的KBF4粉末、5‑8%的碳粉、70‑85%的SiC粉末混合为渗硼粉末；（2）渗硼膏体的制备：将质量分数2%的羧甲基纤维素钠水溶液与所述渗硼粉末按照质量比1:5混合制成所述渗硼膏体；（3）渗硼膏体的涂覆：将渗硼膏体涂覆至待处理工件的表面，在第一温度下干燥第一预设时间；（4）保护膏体的制备：按照质量分数，将90%的Na2SiO3·9H2O和10%硼酸混合并加热为保护膏预混液；按照质量比，将石英粉与粘土以1:6混合为保护膏预混粉末；将所述保护膏预混液与所述保护膏预混粉末以质量比1:2混合并搅拌为保护膏体；（5）保护膏体的涂覆：将所述保护膏体涂覆至待处理工件外的渗碳膏体的外表面使所述保护膏体对所述渗碳膏体完全覆盖；（6）渗硼处理：将涂覆好所述保护膏体和所述渗碳膏体的待处理工件至于加热装置中，在第二温度下干燥第二预设时间，在第三温度下保温第三预设时间；其中，所述第一温度和所述第二温度均小于第三温度，所述第一预设时间小于所述第二预设时间，所述第二预设时间小于所述第三预设时间。

【技术特征摘要】
2014.03.24 CN 20141011105071.一种对工件进行渗硼的表面处理方法，其特征在于，包括：（1）渗硼粉末的制备：按照质量分数，将5-7%的B4C粉末、3-5%的KBF4粉末、5-8%的碳粉、70-85%的SiC粉末混合为渗硼粉末；（2）渗硼膏体的制备：将质量分数2%的羧甲基纤维素钠水溶液与所述渗硼粉末按照质量比1:5混合制成所述渗硼膏体；（3）渗硼膏体的涂覆：将渗硼膏体涂覆至待处理工件的表面，在第一温度下干燥第一预设时间，所述第一温度小于等于250℃，所述第一预设时间大于等于5分钟小于等于10分钟；（4）保护膏体的制备：按照质量分数，将90%的Na2SiO3·9H2O和10%硼酸混合并加热为保护膏预混液；按照质量比，将石英粉与粘土以1:6混合为保护膏预混粉末；将所述保护膏预混液与所述保护膏预混粉末以质量比1:2混合并搅拌为保护膏体；（5）保护膏体的涂覆：将所述保护膏体涂覆至待处理工件外的渗碳膏体的外表面使所述保护膏体对所述渗碳膏体完全覆盖；（6）渗硼处理：将涂覆好所述保护膏体和所述渗碳膏体的待处理工件至于加热装置中，在第二温度下干燥第二预设时间，在第三温度下保温第三预设时间；其中，所述第一温度和所述第二温度均小于第三温度，所述第一预设时间小于所述第二预设时间，所述第二预设时间小于所述第三预设时间。2.根据权利要求1所述的对工件进行渗硼的表面处理方法，其特征在于，所述第二温度小于等于350℃，所述第一预设时间大于等于15分钟小于等于30分钟。3.根据权利要求1所述的对工件进行渗硼的表面处理方法，其特征在于，所述第三温度取值范围850-950℃，所述第三预设时间取值范围为3-6小时。4.根据权利要求1所述的对工件进行渗硼的表面处理方法，其特征在于，至少所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊新民，黄洁雯，王秀娟，刘雨蒙，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32