CN101608295A - 一种钛合金表面渗硼用粉末渗剂及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种钛合金表面渗硼用粉末渗剂及其使用方法，属于金属表面处理技术领域。该粉末渗剂粒度≤0.1mm，按质量百分比计由92％～98％碳化硼粉末与2％～8％氧化稀土粉末组成，其使用方法为：对钛合金表面做除油、水洗和表面抛光预处理，将粉末渗剂和钛合金材料压成型材，进行加热、保温和冷却处理，保温温度1000～1200℃，时间5～20小时。本发明方法处理的钛合金渗层的厚度增幅为30％～200％，外表层的TiB2在钛合金表层“覆盖”均匀，硬度3000HV0.01～3800HV0.01，次表层的TiB晶须显微硬度800HV0.01～1500HV0.01，表层硬度显著提高，使钛合金能够承受更大载荷。
Description
技术领域
本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及钛合金表面渗硼技术。
背景技术
钛合金以其低密度、高的比强度和优良的耐蚀性而广泛应用于航天、船舶、化工和生物医学等领域，近年来钛及其合金使用量不断增加。但同时由于其硬度低、耐磨性能差等缺点，当用作滑动部件(如阀及导杆、活塞销和连杆轴等)时，易与对磨材料粘着，产生磨损，这就严重地限制了其应用范围，因此提高硬度和耐磨性是钛及其合金应用中的一个重要课题。
为了提高钛合金的耐磨性，国内外学者作了大量的研究工作，其中主要是采用表面强化技术(化学气相沉积、物理气相沉积、激光表面处理、离子渗氮和固相扩散等)，在钛合金表面形成氮化物、碳化物和硼化物等硬质相，从而提高其表面硬度和耐磨性。用气相沉积获得的涂层与基体多为机械结合，由于膨胀系数差异而决定了涂层较薄；激光表面合金技术存在合金化层的残余拉应力较大、易开裂等问题；离子渗氮形成的改性层薄，耐久性差。这些方法均存在着工艺条件复杂苛刻还有形成的膜层容易剥落的缺点。
就已知的钛与钛合金化学热处理方法有渗氮、渗硼、渗氧、渗碳等。这些表面硬化处理方法在钛及钛合金表面形成硬质层，减少了膜层容易剥落的缺点，其中渗硼可获得较满意的结果。渗硼后扩散的硼和基体材料在相应温度下形成了一个或多个金属间化合物相组成的硼化物层，由于钛的硼化物是一种具有硬度高、导热性好、电阻低等优良特性的陶瓷材料，因此进行渗硼处理后使钛或钛合金的表面形成硼化物是提高硬度、改善耐磨性、抗粘着性等表面性能的一种有效的手段。到目前为止，对于钛的渗硼处理，已试验了固体法、盐浴浸渍法等。
固体法渗硼是将试样埋入装有活化剂粉末的坩埚里密封起来，在1000℃左右保温一段时间后在钛的表面上生成双相的TiB2和TiB。但由于钛是活泼金属，在高温下易于氧化，所以容器内必须是真空状态或者通入惰性气体。并且渗硼后的TiB2和TiB化合物层较薄，存在渗硼时间较长，效率较低等问题。
熔盐浸渍法将试样浸入有硼酸、硼酸钾、碳酸钾和镁的混合熔盐中，在750℃～950℃下加热一段时间，即可达到渗硼的目的。在处理过程中，镁使硼还原析出，为防止钛的氧化，熔盐表面用氩气等惰性气体进行保护。
在众多的渗硼处理方法中，固体法与其它方法相比，设备简单，操作方便，成为一种高效的表面改性手段，然而存在的难题是由于钛及钛合金高温时极易氧化，已有的方法中多数是在真空或在惰性气体保护条件下完成，这样使设备复杂，给操作带来不便。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种钛合金表面渗硼用粉末渗剂及其使用方法。
稀土元素具有强烈的化学活性，它可与氧、氢、氮作用形成相应的化合物，并能加快氮、氢化合物的分解。稀土化学热处理，是将工件置于含有稀土物质的不同介质中加热，使稀土和相应的元素共同渗入工件表层，改变表面化学成分和组织，从而改变其性能的热处理工艺。
在钛及钛合金的渗硼处理过程中，在渗硼剂中加入稀土作为催渗剂，能进一步提高钛合金的表面硬度和耐磨性能。
本发明的用于钛合金表面渗硼的粉末渗剂为碳化硼(B4C)粉末与氧化稀土粉末的混合物，按质量百分比计，碳化硼的含量为92％～98％，氧化稀土的含量为2％～8％，混合物粉末的粒度≤0.1mm。其中氧化稀土的主要成分为二氧化铈，氧化稀土中二氧化铈的含量按质量百分比计≥98％。
采用上述粉末渗剂对钛合金表面做渗硼处理的方法步骤如下。
1、钛合金表面预处理
①除油
将钛合金材料浸入60℃～80℃的除油剂中，浸泡除油1～3小时；除油剂是将Na2CO3、Na3PO4·12H2O、Na2SiO3和OP-10乳化剂溶于水中得到的如下浓度的水溶液：
Na2CO3 10～30g/L，Na3PO4·12H2O 5～15g/L，Na2SiO3 5～15g/L，OP-10乳化剂 1～5g/L。
②水洗
将钛合金材料浸入60℃～80℃热水中，浸泡处理0.5～2小时，然后再用常温的去离子水冲洗1～3次。
③表面抛光
对经过水洗的钛合金材料表面作抛光处理，将表面抛至粗糙度为Ra0.1～0.01μm的光泽面。
表面抛光采用砂纸打磨，然后机械抛光的方法。依次选用240#、400#、600#、800#、1000#、1500#、2000#号砂纸对材料表面进行打磨，然后水洗，水洗方法采用去离子水冲洗1～3次，水洗后利用抛光机采用抛光膏抛和水抛相结合的方式将钛合金材料抛光至表面粗糙度为Ra0.1～0.01μm，抛光膏可选用人造金刚石研磨膏。
④超声清洗
先以丙酮为清洗剂，将钛合金材料用超声波清洗机清洗10～30分钟，清洗温度为15～35℃；然后以去离子水为清洗剂，将钛合金材料用超声波清洗机清洗10～30分钟，清洗温度为15～35℃。
2、压制成型
将本发明的粒度≤0.1mm的粉末渗剂和上述预处理过的钛合金材料置于成型模具内，使钛合金被粉末渗剂包住，钛合金材料和粉末渗剂的质量比为1∶(10～20)，然后用压力机压成一定形状的型材，例如圆柱体，压力15～20MPa。
3、渗硼处理
将步骤2得到的表面包裹有粉末渗剂的型材和剩余的未包裹在型材表面的粉末渗剂一起放入刚玉坩埚中，给坩锅加盖，用粘结剂将盖与坩锅间的缝隙密封，目的是为更好地防止渗硼过程中钛合金的高温氧化。该粘结剂是将氧化镁与氧化铝混合物溶于饱和磷酸镁溶液中制得的。氧化镁与氧化铝的质量比为1∶(0.5～2)，氧化镁、氧化铝混合物和饱和磷酸镁溶液的质量比为(1～3)∶1。然后将坩埚经100～150℃、20～40min烘干后，放入管式炉内，进行加热、保温、和冷却处理。加热时以8～10℃/min的升温速率升温至1000～1200℃，保温5～20小时，将坩埚取出，冷却至室温(可采用空冷的方法)。
本发明方法技术特点、优点如下。
1、工艺简单，易于操作，不需真空或惰性气氛保护，在空气条件下即可进行对钛合金表面的渗硼处理。
2、能缩短渗硼时间，提高渗硼速率，增加渗层的厚度及硬度，使渗层硬度梯度平缓。与现有技术相比，渗层的厚度增幅为30％～200％，外表层的TiB2在钛合金表层“覆盖”均匀，外表层TiB2的硬度3000HV0.01～3800HV0.01，次表层的TiB晶须显微硬度800HV0.01～1500HV0.01，表层硬度显著提高，使钛合金能够承受更大载荷。
3、本发明方法不仅适用于各种型号钛合金，还适用于纯钛的表面处理工艺。
附图说明
图1为实施例1处理后TC4钛合金渗硼层的厚度示意图。
图2为实施例5处理后TC4钛合金渗硼层的厚度示意图。
图3实施例2、实施例6处理后的TC4钛合金渗硼层的显微硬度对比图。
具体实施方式
以下以实施例进一步说明本发明的技术方案，其中涉及的密封式化验粉碎制样机、不锈钢模具、压力机均为市售的常规设备。
钛合金材料为TC4钛合金，尺寸为10mm×10mm×3mm，其化学成分按质量百分比记为：Al 5.50～6.75％，V 3.50～4.50％，Fe≤0.30％，O≤0.20％，C≤0.08％，N≤0.05％，H≤0.015％，其余为Ti。
所采用的氧化稀土的成分按质量百分比计为：La2O3 0.03％，Pr6O11 0.03％，Nd2O3 0.01％，Sm2O3 0.01％，Y2O3 0.01％，SiO2 0.04％，CaO：0.05％，其余为CeO2。
实施例1
所采用的粉末渗剂为碳化硼(B4C)粉末与氧化稀土粉末的混合物，按质量百分比计，碳化硼的含量为95％，氧化稀土的含量为5％，混合物粉末的粒度≤0.1mm。
该粉末渗剂的制备是按照配比在碳化硼(B4C)粉末加入氧化稀土粉末，采用密封式化验粉碎制样机将两种粉末混合均匀并研磨使混合物粒度达到要求。
将TC4钛合金板材线切割成10mm×10mm×3mm的型材，其化学成分按质量百分比计为：Al 6.05％，V 3.89％，Fe 0.2％，O 0.12％，C 0.03％，N 0.01％，H 0.005％，其余为Ti。
采用该渗硼剂对钛合金表面做渗硼处理，步骤如下。
1、钛合金表面预处理
①除油
将钛合金材料浸入70℃的除油剂中，浸泡除油2小时；除油剂是将Na2CO3、Na3PO4·12H2O、Na2SiO3和OP-10乳化剂溶于水中得到的如下浓度的水溶液：
Na2CO3 20g/L，Na3PO4·12H2O 10g/L，Na2SiO3 10g/L，OP-10乳化剂2g/L。
②水洗
将钛合金材料浸入70℃热水中，浸泡处理1小时，然后再用常温的去离子水冲洗2次；
③表面抛光
对经过水洗的钛合金材料表面作抛光处理，将表面抛至粗糙度为Ra0.05μm的光泽面。
表面抛光采用砂纸打磨，然后机械抛光的方法。依次选用240#、400#、600#、800#、1000#、1500#、2000#号砂纸对材料表面进行打磨，目测钛合金材料表面的划痕方向基本一致即可，然后水洗，采用去离子水冲洗2次，水洗后利用抛光机采用抛光膏抛和水抛相结合的方式将钛合金材料抛光至表面粗糙度为Ra0.05μm，抛光膏选用人造金刚石研磨膏。
④超声清洗
先以丙酮为清洗剂，将钛合金材料用超声波清洗机清洗20分钟，清洗温度为25℃；然后以去离子水为清洗剂，将钛合金材料用超声波清洗机清洗20分钟，清洗温度为25℃。
2、压制成型
将粒度≤0.1mm的粉末渗剂和上述预处理过的块状钛合金材料置于不锈钢成型模具内，使钛合金被粉末渗剂包住(钛合金材料和粉末渗剂的质量比为1∶15)，然后用压力机压成圆柱体，压力16MPa。
3、渗硼处理
将步骤2得到的表面包裹有粉末渗剂的型材和剩余的未包裹在型材表面的粉末渗剂一起放入刚玉坩埚中，给坩锅加盖，用粘结剂将盖与坩锅间的缝隙密封，目的是为更好地防止渗硼过程中钛合金的高温氧化。该粘结剂是将氧化镁与氧化铝混合物溶于饱和磷酸镁溶液中制得的。氧化镁与氧化铝的质量比为1∶1，氧化镁、氧化铝混合物和饱和磷酸镁溶液的质量比为2∶1。然后将坩埚经120℃、30min烘干后，放入管式炉内，进行加热、保温、冷却处理。加热时以9℃/min的升温速率升温至1050℃，保温10小时，将坩埚取出，冷却至室温(采用空冷的方法)。
然后取出样品进行检测。经X射线衍射分析(XRD)检测分析，渗层由双相的TiB2和TiB组成，经扫描电镜(SEM)检测硼稀土共渗试样表层的渗硼层厚度与单一渗硼试样表层的渗硼层厚度之比为(1.3～3)∶1，外表层的TiB2层和内表层的TiB晶须结合紧密，TiB晶须与基体楔合良好，未有裂纹和孔洞产生，硼稀土共渗后的TiB2层显微硬度3000HV0.01～3800HV0.01，TiB显微硬度800HV0.01～1500HV0.01，高于单渗硼(TiB2层2000HV0.01～2200HV0.01，TiB显微硬度500HV0.01～700HV0.01)的显微硬度，比基体硬度(约330HV0.01)明显提高，钛合金表面渗硼后硬度显著提高。
实施例2
所采用的粉末渗剂为碳化硼(B4C)粉末与氧化稀土粉末的混合物，按质量百分比计，碳化硼的含量为95％，氧化稀土的含量为5％，混合物粉末的粒度≤0.1mm。
该粉末渗剂的制备是按照配比在碳化硼(B4C)粉末加入氧化稀土粉末，采用密封式化验粉碎制样机将两种粉末混合均匀并研磨使混合物粒度达到要求。
将TC4钛合金板材线切割成10mm×10mm×3mm的型材，其化学成分按质量百分比计为：Al 6.05％，V 3.89％，Fe 0.2％，O 0.12％，C 0.03％，N 0.01％，H 0.005％，其余为Ti。
采用该渗硼剂对钛合金表面做渗硼处理，步骤如下。
1、钛合金表面预处理
①除油
将钛合金材料浸入80℃的除油剂中，浸泡除油1小时；除油剂是将Na2CO3、Na3PO4·12H2O、Na2SiO3和OP-10乳化剂溶于水中得到的如下浓度的水溶液：
Na2CO3 30g/L，Na3PO4·12H2O 15g/L，Na2SiO3 15g/L，OP-10乳化剂5g/L。
②水洗
将钛合金材料浸入80℃热水中，浸泡处理0.5小时，然后再用常温的去离子水冲洗2次。
③表面抛光
对经过水洗的钛合金材料表面作抛光处理，将表面抛至粗糙度为Ra0.1μm的光泽面。
表面抛光采用砂纸打磨，然后机械抛光的方法。依次选用240#、400#、600#、800#、1000#、1500#、2000#号砂纸对材料表面进行打磨，目测钛合金材料表面的划痕方向基本一致即可，然后水洗，采用去离子水冲洗2次，水洗后利用抛光机采用抛光膏抛和水抛相结合的方式将钛合金材料抛光至表面粗糙度为Ra0.1μm，抛光膏选用人造金刚石研磨膏。
④超声清洗
先以丙酮为清洗剂，将钛合金材料用超声波清洗机清洗30分钟，清洗温度为15℃；然后以去离子水为清洗剂，将钛合金材料用超声波清洗机清洗30分钟，清洗温度为15℃。
2、压制成型
将粒度≤0.1mm的粉末渗剂和上述预处理过的块状钛合金材料置于不锈钢成型模具内，使钛合金被粉末渗剂包住(钛合金材料和粉末渗剂的质量比为1∶20)，然后用压力机压成圆柱体，压力20MPa。
3、渗硼处理
将步骤2得到的表面包裹有粉末渗剂的型材和剩余的未包裹在型材表面的粉末渗剂一起放入刚玉坩埚中，给坩锅加盖，用粘结剂将盖与坩锅间的缝隙密封，目的是为更好地防止渗硼过程中钛合金的高温氧化。该粘结剂是将氧化镁与氧化铝混合物溶于饱和磷酸镁溶液中制得的。氧化镁与氧化铝的质量比为1∶0.5，氧化镁、氧化铝混合物和饱和磷酸镁溶液的质量比为1∶1。然后将坩埚经150℃、20min烘干后，放入管式炉内，进行加热、保温、冷却处理。加热时以8℃/min的升温速率升温至1050℃，保温20小时，将坩埚取出，冷却至室温(采用空冷的方法)。
然后取出样品进行检测。经X射线衍射分析(XRD)检测分析，渗层由双相的TiB2和TiB组成，经扫描电镜(SEM)检测硼稀土共渗试样表层的渗硼层厚度与单一渗硼试样表层的渗硼层厚度之比为(1.5～3)∶1，外表层的TiB2层和内表层的TiB晶须结合紧密，TiB晶须与基体楔合良好，未有裂纹和孔洞产生，硼稀土共渗后的TiB2层显微硬度3000HV0.01～3800HV0.01，TiB显微硬度800HV0.01～1500HV0.01，高于单渗硼(TiB2层2000HV0.01～2200HV0.01，TiB显微硬度500HV0.01～700HV0.01)的显微硬度，比基体硬度(约330HV0.01)明显提高，钛合金表面渗硼后硬度显著提高。
实施例3
所采用的粉末渗剂为碳化硼(B4C)粉末与氧化稀土粉末的混合物，按质量百分比计，碳化硼的含量为92％，氧化稀土的含量为8％，混合物粉末的粒度≤0.1mm。
该粉末渗剂的制备是按照配比在碳化硼(B4C)粉末加入氧化稀土粉末，采用密封式化验粉碎制样机将两种粉末混合均匀并研磨使混合物粒度达到要求。
将TC4钛合金板材线切割成10mm×10mm×3mm的型材，其化学成分按质量百分比计为：Al 6.70％，V 4.50％，Fe 0.1％，O 0.1％，C 0.02％，N 0.01％，H 0.008％，其余为Ti。
采用该渗硼剂对钛合金表面做渗硼处理，步骤如下。
1、钛合金表面预处理
①除油
将钛合金材料浸入60℃的除油剂中，浸泡除油3小时；除油剂是将Na2CO3、Na3PO4·12H2O、Na2SiO3和OP-10乳化剂溶于水中得到的如下浓度的水溶液：
Na2CO3 10g/L，Na3PO4·12H2O 5g/L，Na2SiO3 5g/L，OP-10乳化剂2g/L。
②水洗
将钛合金材料浸入60℃热水中，浸泡处理2小时，然后再用常温的去离子水冲洗3次。
③表面抛光
对经过水洗的钛合金材料表面作抛光处理，将表面抛至粗糙度为Ra0.01μm的光泽面。
表面抛光采用砂纸打磨，然后机械抛光的方法。依次选用240#、400#、600#、800#、1000#、1500#、2000#号砂纸对材料表面进行打磨，目测钛合金材料表面的划痕方向基本一致即可，然后水洗，采用去离子水冲洗3次，水洗后利用抛光机采用抛光膏抛和水抛相结合的方式将钛合金材料抛光至表面粗糙度为Ra0.01μm，抛光膏选用人造金刚石研磨膏。
④超声清洗
先以丙酮为清洗剂，将钛合金材料用超声波清洗机清洗10分钟，清洗温度为35℃；然后以去离子水为清洗剂，将钛合金材料用超声波清洗机清洗10分钟，清洗温度为35℃。
2、压制成型
将本发明的粒度≤0.1mm的粉末渗剂和上述预处理过的块状钛合金材料置于不锈钢成型模具内，使钛合金被粉末渗剂包住(钛合金材料和粉末渗剂的质量比为1∶10)，然后用压力机压成圆柱体，压力15MPa。
3、渗硼处理
将步骤2得到的表面包裹有粉末渗剂的型材和剩余的未包裹在型材表面的粉末渗剂一起放入刚玉坩埚中，给坩锅加盖，用粘结剂将盖与坩锅间的缝隙密封，目的是为更好地防止渗硼过程中钛合金的高温氧化。该粘结剂是将氧化镁与氧化铝混合物溶于饱和磷酸镁溶液中制得的。氧化镁与氧化铝的质量比为1∶2，氧化镁、氧化铝混合物和饱和磷酸镁溶液的质量比为3∶1。然后将坩埚经100℃、40min烘干后，放入管式炉内，进行加热、保温、冷却处理。加热时以10℃/min的升温速率升温至1100℃，保温5小时，将坩埚取出，冷却至室温(采用空冷的方法)。
然后取出样品进行检测。经X射线衍射分析(XRD)检测分析，渗层由双相的TiB2和TiB组成，经扫描电镜(SEM)检测硼稀土共渗试样表层的渗硼层厚度与单一渗硼试样表层的渗硼层厚度之比为(2～3)∶1，外表层的TiB2层和内表层的TiB晶须结合紧密，TiB晶须与基体楔合良好，未有裂纹和孔洞产生，硼稀土共渗后的TiB2层显微硬度3000HV0.01～3800HV0.01，TiB显微硬度800HV0.01～1500HV0.01，高于单渗硼(TiB2层2000HV0.01～2200HV0.01，TiB显微硬度500HV0.01～700HV0.01)的显微硬度，比基体硬度(约330HV0.01)明显提高，钛合金表面渗硼后硬度显著提高。
实施例4
所采用的粉末渗剂为碳化硼(B4C)粉末与氧化稀土粉末的混合物，按质量百分比计，碳化硼的含量为98％，氧化稀土的含量为2％，混合物粉末的粒度≤0.1mm。
该粉末渗剂的制备是按照配比在碳化硼(B4C)粉末加入氧化稀土粉末，采用密封式化验粉碎制样机将两种粉末混合均匀并研磨使混合物粒度达到要求。
将TC4钛合金板材线切割成10mm×10mm×3mm的型材，其化学成分按质量百分比计为：Al 5.50％，V 3.50％，Fe 0.1％，O 0.1％，C 0.05％，N 0.05％，H 0.01％，其余为Ti。
采用该渗硼剂对钛合金表面做渗硼处理，步骤如下。
1、钛合金表面预处理
①除油
将钛合金材料浸入60℃的除油剂中，浸泡除油3小时；除油剂是将Na2CO3、Na3PO4·12H2O、Na2SiO3和OP-10乳化剂溶于水中得到的如下浓度的水溶液：
Na2CO3 10g/L，Na3PO4·12H2O 5g/L，Na2SiO3 5g/L，OP-10乳化剂2g/L。
②水洗
将钛合金材料浸入60℃热水中，浸泡处理2小时，然后再用常温的去离子水冲洗3次。
③表面抛光
对经过水洗的钛合金材料表面作抛光处理，将表面抛至粗糙度为Ra0.01μm的光泽面。
表面抛光采用砂纸打磨，然后机械抛光的方法。依次选用240#、400#、600#、800#、1000#、1500#、2000#号砂纸对材料表面进行打磨，目测钛合金材料表面的划痕方向基本一致即可，然后水洗，采用去离子水冲洗3次，水洗后利用抛光机采用抛光膏抛和水抛相结合的方式将钛合金材料抛光至表面粗糙度为Ra0.01μm，抛光膏选用人造金刚石研磨膏。
④超声清洗
先以丙酮为清洗剂，将钛合金材料用超声波清洗机清洗10分钟，清洗温度为35℃；然后以去离子水为清洗剂，将钛合金材料用超声波清洗机清洗10分钟，清洗温度为35℃。
2、压制成型
将本发明的粒度≤0.1mm的粉末渗剂和上述预处理过的块状钛合金材料置于不锈钢成型模具内，使钛合金被粉末渗剂包住(钛合金材料和粉末渗剂的质量比为1∶10)，然后用压力机压成圆柱体，压力15MPa。
3、渗硼处理
将步骤2得到的表面包裹有粉末渗剂的型材和剩余的未包裹在型材表面的粉末渗剂一起放入刚玉坩埚中，给坩锅加盖，用粘结剂将盖与坩锅间的缝隙密封，目的是为更好地防止渗硼过程中钛合金的高温氧化。该粘结剂是将氧化镁与氧化铝混合物溶于饱和磷酸镁溶液中制得的。氧化镁与氧化铝的质量比为1∶1，氧化镁、氧化铝混合物和饱和磷酸镁溶液的质量比为3∶1。然后将坩埚经100℃、40min烘干后，放入管式炉内，进行加热、保温、冷却处理。加热时以10℃/min的升温速率升温至1000℃，保温15小时，将坩埚取出，冷却至室温(采用空冷的方法)。
然后取出样品进行检测。经X射线衍射分析(XRD)检测分析，渗层由双相的TiB2和TiB组成，经扫描电镜(SEM)检测硼稀土共渗试样表层的渗硼层厚度与单一渗硼试样表层的渗硼层厚度之比为(1.3～2)∶1，外表层的TiB2层和内表层的TiB晶须结合紧密，TiB晶须与基体楔合良好，未有裂纹和孔洞产生，硼稀土共渗后的TiB2层显微硬度3000HV0.01～3800HV0.01，TiB显微硬度800HV0.01～1500HV0.01，高于单渗硼(TiB2层2000HV0.01～2200HV0.01，TiB显微硬度500HV0.01～700HV0.01)的显微硬度，比基体硬度(约330HV0.01)明显提高，钛合金表面渗硼后硬度显著提高。
以下为对比实施例。
实施例5
方法与实施例1基本相同，不同之处在于所采用的粉末渗剂为单一组分的碳化硼(B4C)粉末，其粒度≤0.1mm。
实施例6
方法与实施例2基本相同，不同之处在于所采用的粉末渗剂为单一组分的碳化硼(B4C)粉末，其粒度≤0.1mm。
Claims (8)
1、一种钛合金表面渗硼用粉末渗剂，由碳化硼粉末与氧化稀土粉末组成，按质量百分比计，碳化硼的含量为92％～98％，氧化稀土的含量为2％～8％，氧化稀土中二氧化铈的含量按质量百分比计≥98％，该粉末渗剂的粒度≤0.1mm。
2、权利要求1所述的钛合金表面渗硼用粉末渗剂的使用方法，其特征在于步骤如下：
(1)钛合金表面预处理
对钛合金表面做除油、水洗处理后，进行表面抛光，将表面抛至粗糙度为Ra0.1～0.01μm的光泽面，然后进行超声清洗；
(2)压制成型
将粉末渗剂和上述预处理过的钛合金材料置于成型模具内，使钛合金被粉末渗剂包住，然后用压力机压成型材，压力15～20MPa；
(3)渗硼处理
将步骤(2)得到的表面包裹有粉末渗剂的型材和剩余的未包裹在型材表面的粉末渗剂一起放入刚玉坩埚中，给坩锅加盖，用粘结剂将盖与坩锅间的缝隙密封，然后将坩埚烘干，放入管式炉内，进行加热、保温和冷却处理，加热时以8～10℃/min的升温速率升温至1000～1200℃，保温5～20小时，将坩埚取出，冷却至室温。
3、按照权利要求2所述的钛合金表面渗硼用粉末渗剂的使用方法，其特征在于所述的对钛合金表面做除油处理是将钛合金材料浸入60℃～80℃的除油剂中，浸泡除油1～3小时，除油剂是将Na2CO3、Na3PO4·12H2O、Na2SiO3和OP-10乳化剂溶于水中得到的如下浓度的水溶液：
Na2CO310～30g/L，Na3PO4·12H2O 5～15g/L，Na2SiO35～15g/L，OP-10乳化剂1～5g/L。
4、按照权利要求2所述的钛合金表面渗硼用粉末渗剂的使用方法，其特征在于所述超声清洗为：先以丙酮为清洗剂，将钛合金材料用超声波清洗机清洗10～30分钟，清洗温度为15～35℃；然后以去离子水为清洗剂，将钛合金材料用超声波清洗机清洗10～30分钟，清洗温度为15～35℃。
5、按照权利要求2所述的钛合金表面渗硼用粉末渗剂的使用方法，其特征在于水洗处理是将钛合金材料浸入60℃～80℃热水中，浸泡处理0.5～2小时，然后再用常温的去离子水冲洗1～3次。
6、按照权利要求2所述的钛合金表面渗硼用粉末渗剂的使用方法，其特征在于钛合金材料和粉末渗剂的质量比为1∶(10～20)。
7、按照权利要求2所述的钛合金表面渗硼用粉末渗剂的使用方法，其特征在于步骤(3)中的粘结剂是将氧化镁与氧化铝混合物溶于饱和磷酸镁溶液中制得的，氧化镁与氧化铝的质量比为1∶(0.5～2)，氧化镁、氧化铝混合物和饱和磷酸镁溶液的质量比为(1～3)∶1。
8、按照权利要求2所述的钛合金表面渗硼用粉末渗剂的使用方法，其特征在于步骤(3)中将坩锅经100～150℃、20～40min烘干。
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