在Q235钢表面制备硼‑碳复合渗层的方法技术

本发明专利技术涉及一种在Q235钢表面制备硼‑碳复合渗层的方法，包括如下步骤：S1：采用双层辉光等离子技术，在Q235钢表面制备渗碳层，得到表面附有碳渗层的Q235钢；S2：采用双层辉光等离子技术，在表面制备有碳渗层的Q235钢的表面制备渗硼层，得到表面附有硼‑碳复合渗层的Q235钢。本发明专利技术通过在Q235钢表面渗碳后渗硼，制备得到硼‑碳复合的硬质涂层，从而提高Q235钢的硬度和耐磨性，延长使用寿命。

Preparation of boron carbon compound layer method on the surface of Q235 steel

The invention relates to a method for preparing boron carbon made on the surface of Q235 steel composite layer, which comprises the following steps: S1: using the technology of double glow plasma, preparation of carburized layer on Q235 steel surface was obtained, attached to the surface of Q235 steel carbonitriding layer; S2: using the technology of double glow plasma, the surface preparation the surface of carbon steel by Q235 infiltration layer and boronizing layer, are attached to the surface of carbon steel Q235 Boron Composite layer. The present invention by boronizing in Q235 carburizing steel surface, the prepared hard coating composite boron carbon, so as to improve the hardness and wear resistance of Q235 steel, prolong the service life.

【技术实现步骤摘要】
在Q235钢表面制备硼-碳复合渗层的方法
本专利技术涉及材料
，具体涉及一种在Q235钢表面制备硼-碳复合渗层的方法。
技术介绍
钢铁材料与人们的生活息息相关，因其良好的加工性能和机械性能，而且价格低廉，资源丰富，广泛应用于建筑用材及工程结构零部件的制造。其中，Q235钢韧性、硬度和焊接等综合性能比较适中，大量应用于桥梁、工厂、汽车、轮船、容器锅炉等设备的建造中。但是，随着时代的进步，机械零件的体积不断缩小，硬度、耐磨、耐蚀等性能要求不断提高，故而单纯的Q235钢很难满足现在以及未来的技术要求。以一种经济有效的方法，在不改变金属内部本身结构组织的前提下，在金属表面及近表面区域形成一种保护层迫在眉睫。目前应用表面改性的方法，通过增加Q235钢表面碳、氮和硼的含量，来提高钢材的综合性能。相对于渗碳和渗氮来说，渗硼具有显著的优势，表面渗硼形成的保护层硬度(1600HV～2000HV)明显高于渗碳和渗氮(450HV～700HV)。但是，传统的渗硼技术如气体渗硼和固体埋渗法渗硼等，这些方法漆硼剂和活化剂等用量大，处理时间长，固体废弃物和废水排放量大，环境污染大，且残渣和残夜中硼浓度高，硼利用率低，并且固体埋渗法与熔盐电解法容易在工件表面形成粘结相，影响工件的使用。传统方法形成的渗硼层大都是双相的FeB+Fe2B结构，渗硼层具有很大的脆性，而且高硬度的渗硼层与基体间有很大的硬度梯度，容易导致渗硼层的脱落。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术目的在于提供一种在Q235钢表面制备硼-碳复合渗层的方法，通过在Q235钢表面渗碳后渗硼，制备得到硼-碳复合的硬质涂层，从而提高Q235钢的硬度和耐磨性，延长使用寿命。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术提供了一种在Q235钢表面制备硼-碳复合渗层的方法，包括如下步骤：S1：采用双层辉光等离子技术，在Q235钢表面制备渗碳层，得到表面附有碳渗层的Q235钢；S2：采用双层辉光等离子技术，在表面制备有碳渗层的Q235钢的表面制备渗硼层，得到表面附有硼-碳复合渗层的Q235钢。在本专利技术的进一步实施方式中，步骤S1具体包括：S101：将Q235钢和碳靶装入双层辉光等离子表面合金化炉中，以Q235钢为工件极、碳靶为源极，并在Q235钢和碳靶上加上保温罩；S102：将双层辉光等离子表面合金化炉抽真空，开启循环水，并通入氩气至20～60Pa；将工作电压升至500V，起辉20min；S103：调整气压至30～50Pa，工件电压为300～650V，源极电压为700～950V，使Q235钢温度升至850～1100℃，开始渗碳处理；S104：保温1.5～2.5h后，调整源级电压为0，工作电压为280V，温度降低至200℃以下；S105：关闭工作电压、氩气和循环水，将表面附有碳渗层的Q235钢出炉。在本专利技术的进一步实施方式中，步骤S101中，Q235钢和碳靶的间距为10～15mm。在本专利技术的进一步实施方式中，步骤S101中，碳靶为纯碳靶，碳靶的直径为90mm，碳靶的厚度为5mm。在本专利技术的进一步实施方式中，步骤S102中，抽真空为抽真空至5×10-4Pa。在本专利技术的进一步实施方式中，步骤S2具体包括：S201：将表面附有碳渗层的Q235钢和硼靶装入双层辉光等离子表面合金化炉中，以表面附有碳渗层的Q235钢为工件极、硼靶为源极，并在表面附有碳渗层的Q235钢和碳靶上加上保温罩；S202：将双层辉光等离子表面合金化炉抽真空，开启循环水，并通入氩气至20～60Pa；将工作电压升至300V，起辉10min；S203：调整气压至35Pa，工件电压为500～650V，源极电压为950V，使表面附有碳渗层的Q235钢温度升至1000℃，开始渗硼处理；S204：保温3.0～4.5h后，调整源级电压为0，工作电压为280V，温度降低至200℃以下；S205：关闭工作电压、氩气和循环水，将表面附有硼-碳复合渗层的Q235钢出炉。在本专利技术的进一步实施方式中，步骤S201中，表面附有碳渗层的Q235钢和硼靶的间距为10～15mm。在本专利技术的进一步实施方式中，步骤S201中，硼靶为纯B4C，硼靶的直径为90mm，硼靶的厚度为5mm。在本专利技术的进一步实施方式中，步骤S202中，抽真空为抽真空至5×10-4Pa。另外，本专利技术还保护采用上述方法制备得到的表面附有硼-碳复合渗层的Q235钢。本专利技术提供的技术方案，具有如下的有益效果：(1)本专利技术通过采用双层辉光等离子技术，在Q235钢表面先渗碳，再渗硼，制备得到可提高Q235钢硬度和耐磨性的硼-碳复合硬质涂层；(2)本专利技术提供的在Q235钢表面制备硼-碳复合渗层的方法，能使Q235钢工件表面FeB脆性相消除，为单相的Fe2B相；而且在渗硼层与基体间加入了渗碳层，可以减缓涂层到Q235钢工件的硬度梯度，防止渗硼层的脱落，延长Q235钢工件的使用寿命，Q235钢工件表面硬度提高了9倍以上；(3)本专利技术提供的在Q235钢表面制备硼-碳复合渗层的方法简单，生产成本低。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1为本专利技术实施例一中所得样品表面硼-碳复合渗层扫面电镜图；图2为本专利技术实施例一中所得样品表面硼-碳复合渗层的元素分布图；图3为本专利技术实施例一中所得样品表面硼-碳复合渗层的XRD图；图4为本专利技术实施例一中所得样品表面硼-碳复合渗层的硬度分布图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规商店购买得到的。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值±标准差。本专利技术提供一种在Q235钢表面制备硼-碳复合渗层的方法，包括如下步骤：渗碳层的制备：S101(装炉)：将Q235钢和碳靶装入双层辉光等离子表面合金化炉中，并使Q235钢和碳靶间的间距为10～15mm；以Q235钢为工件极、碳靶为源极，并在Q235钢和碳靶上加上保温罩；其中，碳靶为纯碳靶，碳靶的直径为90mm，碳靶的厚度为5mm；S102(起辉)：将双层辉光等离子表面合金化炉抽真空至5×10-4Pa，开启循环水，并通入氩气至20～60Pa；将工作电压升至500V，起辉20min；S103(渗碳)：调整气压至30～50Pa，工件电压为300～650V，源极电压为700～950V，使Q235钢温度升至850～1100℃，开始渗碳处理；S104(降温)：保温1.5～2.5h后，调整源级电压为0，工作电压为280V，温度降低至200℃以下；S105(出炉)：关闭工作电压、氩气和循环水，将表面附有碳渗层的Q235钢出炉。渗硼层的制备：S201(装炉)：将表面附有碳渗层的Q235钢和硼靶装入双层辉光等离子表面合金化炉中，且表面附有碳渗层的Q235钢和硼靶间的间距为10～15mm；以表面附有碳渗层的Q235钢为工件极、硼靶为源极，并在表面附有碳渗层的Q235钢和碳靶上加上保本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在Q235钢表面制备硼‑碳复合渗层的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：采用双层辉光等离子技术，在Q235钢表面制备渗碳层，得到表面附有碳渗层的Q235钢；S2：采用双层辉光等离子技术，在所述表面制备有碳渗层的Q235钢的表面制备渗硼层，得到表面附有硼‑碳复合渗层的Q235钢。

【技术特征摘要】
1.一种在Q235钢表面制备硼-碳复合渗层的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：采用双层辉光等离子技术，在Q235钢表面制备渗碳层，得到表面附有碳渗层的Q235钢；S2：采用双层辉光等离子技术，在所述表面制备有碳渗层的Q235钢的表面制备渗硼层，得到表面附有硼-碳复合渗层的Q235钢。2.根据权利要求1所述的在Q235钢表面制备硼-碳复合渗层的方法，其特征在于，步骤S1具体包括：S101：将Q235钢和碳靶装入双层辉光等离子表面合金化炉中，以所述Q235钢为工件极、碳靶为源极，并在所述Q235钢和所述碳靶上加上保温罩；S102：将双层辉光等离子表面合金化炉抽真空，开启循环水，并通入氩气至20～60Pa；将工作电压升至500V，起辉20min；S103：调整气压至30～50Pa，工件电压为300～650V，源极电压为700～950V，使Q235钢温度升至850～1100℃，开始渗碳处理；S104：保温1.5～2.5h后，调整源级电压为0，工作电压为280V，温度降低至200℃以下；S105：关闭工作电压、氩气和循环水，将表面附有碳渗层的Q235钢出炉。3.根据权利要求2所述的在Q235钢表面制备硼-碳复合渗层的方法，其特征在于：步骤S101中，所述Q235钢和所述碳靶的间距为10～15mm。4.根据权利要求2所述的在Q235钢表面制备硼-碳复合渗层的方法，其特征在于：步骤S101中，所述碳靶为纯碳靶，所述碳靶的直径为90mm，所述碳靶的厚度为5mm。5.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁文萍，杨振刚，缪强，高鹏，丁铮，左士伟，胡林泉，许莎莎，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32