自保护膏剂渗硼工艺研究

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1、硕：k-it≥文工艺的实现过程。此方法实现了对工件进行局部渗硼、其他部位保持原来的组织形态的目的，这对于传统渗硼技术必须整体处理这一缺陷是一个突破。渗硼膏剂的主要组成有供硼源、活化剂、还原剂、添加剂、填充剂等粉末，再与粘结剂混合调制成膏状形态。(1)供硼剂供硼剂是硼的源头，反应过程中释放活性硼原子。表1．1列出了常用的供硼剂。表1．1膏剂供硼剂非晶质硼(无定形硼)含硼量最高，但因价格高而极少被采用。碳化硼含硼量约78％，仅次于非晶质硼，分子中的碳原子为负价态，因而自身具有一定的还原作用，可促进渗硼反应的进行。硼铁矿源丰富，但制作流程复杂，污染环境，使

2、用较少。硼砂含硼量最低，必须增加使用量，整体应用率较低，但是价格低廉。陶锡麟等人【5J通过将供硼剂混合使用研究，发现在B4C的基础上加入硼砂能进一步加深硼原子的渗入，也能达到单独使用B。C的渗层厚度，通过减少较贵的B4C用量来降低膏剂渗硼的成本。(2)活化剂常用的活化剂有KBF4、NaBF4、LiBF4、KF、NaF、A1F3、CaF2等氟化物，(NH4)2C03、NI-hHC03、Na2C03、NH4C1、Na3A1F3、Na2SiF6等。渗硼工艺中的活化剂与化学反应中的催化剂有着类似的功能，由以上物质单一构成或几种混合的活化剂在工艺中所表现的功能

3、不是一成不变的，这也取决于供硼剂的种类。在这个问题上，章为夷【6】做了针对性的研究。他比对了多种制作渗硼膏剂的工艺流程，决定使用硼砂作为实验所用的供硼源对各种活化剂进行比对研究，发现元素种类、熔点、组成是决定活化效果的三大因素。从他的实验结果得出氯化物的活化效果在通常情况下不如氟化物；活化剂的熔点与活化效果成正比；混合型活化剂(两种活化剂或多种混合而成的混合物)较单一型活化剂渗透速度明显提高。曹慧荣【『7]在混合型活化剂的方面做了更具体深入的解释，他指出供硼剂也是影响活化剂活化效果的重要因素，它对活化剂是有选择接受性，使用混合型活化剂的硼催渗效果比单

4、一型活化剂有极为显著的提高。(3)还原剂还原剂可以还原供硼剂中的B原子，产生活性[B]原子，从而使更多的活性[B]原子发生扩散到金属表面进入金属形成硼化物。C、Si、A1、Ca、Re等元素可作为供硼反应的还原剂，而具体选择、加入量与基体材料、其他成分的选择等因素有关。张黔瞄J等2人用硼砂作为供硼剂，分别加入的硅铁、铝铁作为还原剂，研究结果显示硅铁得到的渗硼层厚度较大，而铝铁得到的渗硼层更加致密；还原剂的加入量与其他成分的加入量有关，影响率还与钢种中元素含量有关。(4)填充剂填充剂是渗硼的载体，在与材料表面充分接触的同时，保证单位体积内供硼剂、活化剂的

5、含量、密度，防止渗硼剂的烧结，达到均匀化的效果。填充剂可保持膏剂的还原气氛，促使反应稳定进行。常用的填充剂主要有SiC、C、A1203等。即使膏剂中其他组分都相同，所选择的填充剂不同，渗硼效果也不同。SiC不仅会作为还原剂参与到硼形成的化学反应中，而且还具有一定的催渗效果可进一步提高渗剂的反应活性，是一种比较好的填充剂【9]。在渗硼膏剂中加入活性炭可以防止膏剂烧结、粘结在试样表面。(5)粘结剂膏剂通过粘结剂粘结在工件的表面，保持与被处理表面的充分接触。常用的粘结剂主要有胶水、羧甲基纤维素钠水溶液、硅酸乙醋、聚乙烯水溶液、松香酒精等。选用的粘结剂不同，

6、渗层也会受到影响。安阳钢铁公司膏剂渗硼采用松香酒精作为粘结剂，戴文兵”o】的研究表明以少量水调和纤维素作粘结剂为最佳。1．1．2膏剂渗硼材料的选择在渗硼零件的选择上，不宜采用需要承受较大应力、热处理变形大且形状复杂的零件。3Cr2W8V模具渗硼处理后，平均使用寿命提高至2倍以上。以碳钢渗硼后代替合金钢、热模具钢等制作零件、模具，充分利用碳素钢从而节约一些贵重材料，在受低负荷的磨粒磨损方面也取得了进展【l卜”]。渗硼工艺还成功地应用于农业、纺织业等多个目常生产领域，如饲料粉碎机的叶片等机械零配件。渗硼工艺广泛适用于各种钢、铸铁等制作的零件，常见的有45

7、钢、40Cr、T8、T12、一般工具钢、高合金工具钢等。模具钢中的化学成分对渗硼层的组织、性能有很大的影响，如W、Mo等元素会使渗硼层深度急剧减小，其次是Al、Si、Cr，而Co、Ni、Mn几乎不影响渗硼层[16】，碳的增加使得渗硼层厚度变薄。低碳钢基体较软，与渗硼层硬度梯度过大，结合度欠佳，一般情况下并不采用。高合金钢渗硼层的耐磨性较好，但易形成双相渗硼层且渗硼层薄，零件表面的脆性也较大【l71，渗硼零件常用材料及应用见表1．2。1绪论硕士论文20钢获得单相Fe2B层，与基体结合力强，渗硼速度快效率较高。适用于成本低、对基体强度要求不高的零件45钢

8、、40cr渗层耐磨性好，与基体结合较好，渗硼效率中等。适用于对基体要求较高且较高表面耐磨性能较好的零件T8、