CN101775574A - 一种金属表面混合渗镀立方氮化硼和金刚石的热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属表面热处理领域，尤其涉及一种金属表面混合渗镀立方氮化硼和金刚石的热处理工艺，其特征是将立方氮化硼(CBN)微粉和纳米金刚石微粉按比例混合，加热渗镀在金属表面，具体步骤为：1)将立方氮化硼微粉和纳米金刚石微粉混合均匀；2)机械零件埋入并加热；3)提温到850～900℃，保温4～8小时；4)冷却淬火。所述立方氮化硼微粉和纳米金刚石微粉配合比例为：立方氮化硼微粉50～100％；纳米金刚石微粉0～50％。所述金属为黑色金属。本发明的有益效果是：1、材料表面硬度提高HRC2～10；2、延长零件寿命1～7倍；3、创造性地将立方氮化硼和纳米金刚石微粉混合用于渗镀技术，填补了该领域空白。

Description

一种金属表面混合渗镀立方氮化硼和金刚石的热处理工艺

技术领域

本发明涉及金属材料表面热处理领域，尤其涉及一种金属表面混合渗镀立方氮化硼和金刚石的热处理工艺。

背景技术

目前生产生活中人们对金属材料耐磨性能要求不断提高，比如切削刀具、模具、机械零件，其90％的报废原因是由于磨损造成的。超硬材料立方氮化硼(CBN)和纳米金刚石是近年来各国科学家的热门研究课题，纳米金刚石早在三十多年前就已被研制出来，但其应用过去局限于做聚晶切削刀片，抛光剂等磨料磨具领域，随着人们对纳米金刚石性质认识的深化，纳米金刚石已在金属镀层、润滑油、磁性记录系统、医学等领域开始获得应用。

立方氮化硼(CBN)是由六方氮化硼和触媒在高温高压下合成的，是继人造金刚石问世后出现的又一种新型高新技术产品。它具有很高的硬度、热稳定性和化学惰性，以及良好的透红外形和较宽的禁带宽度等优异性能，它的硬度仅次于金刚石，但热稳定性远高于金刚石，对铁系金属元素有较大的化学稳定性。立方氮化硼(CBN)磨具的磨削性能十分优异，不仅能胜任难磨材料的加工，提高生产率，还能有效地提高工件的磨削质量，立方氮化硼(CBN)微粉，用在精密磨削、研磨、抛光和超精加工，以达到高精度的加工表面。适用于树脂、金属、陶瓷等结合剂体系，亦可用于生产聚晶复合片烧结体，还可用做松散磨粒、研磨膏，立方氮化硼刀具已日益广泛代替硬质合金刀具用加工高硬度的黑色金属。

俄罗斯纳米金刚石专家瓦利里尤里耶维奇·多尔马托夫利用电镀的方法将金属零件表面镀附纳米金刚石与金属复合镀层，镀附后零件使用寿命提高1～9倍，镀层厚度可降低1～2倍，电镀时采用标准电镀设备，复合镀层中的金刚石含量平均为0.3～0.5重量百分比，当镀层厚度为1微米时金刚石耗量为0.2克(1克拉)/m²，其缺点是1、电镀槽尺寸限制，不适合大型工件；2、成本较高；3、电镀过程对环境有污染。

渗镀工艺，可在机械零件表层形成高硬度层，提高其耐磨性能，操作简便无污染，相比于传统的渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗铬、渗钒等，渗镀纳米金刚石或立方氮化硼(CBN)对于提高耐磨性能效果应该更加显著，但理论上纳米金刚石不适用于碳钢材料，其与钢铁材料中的C元素高温剧烈摩擦，纳米金刚石会被石墨化，失去原有的高硬度性能，变成减磨材料。渗镀立方氮化硼(CBN)也没见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属表面混合渗镀立方氮化硼和金刚石的热处理工艺，提高金属材料的表面硬度，延长机械产品的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种金属表面混合渗镀立方氮化硼和金刚石的热处理工艺，其特征在于，将立方氮化硼(CBN)微粉和纳米金刚石微粉按比例混合，加热渗镀在金属表面，其具体操作步骤如下：

1)将立方氮化硼(CBN)微粉和纳米金刚石微粉混合均匀；

2)将机械零件渗镀表面埋入上述混合粉料置入容器中，放置在加热炉中；

3)提温到850～900℃，保温4～8小时；

4)冷却至室温后淬火，然后进行硬度检测。

所述的立方氮化硼(CBN)微粉和纳米金刚石微粉的配合比例按重量百分比为：

立方氮化硼(CBN)微粉粒度0～1000nm  50～100％；

纳米金刚石微粉粒度0～1000nm  0～50％。

所述的金属为黑色金属。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明可使材料表面硬度提高HRC2～10；2、提高耐磨性能，延长零件的使用寿命1～7倍，降低了设备的使用成本10～50％，经济效益显著；3、创造性地将立方氮化硼(CBN)和纳米金刚石微粉混合用于渗镀技术，填补了渗镀领域的空白，对进一步研究和应用立方氮化硼(CBN)和纳米金刚石，意义深远。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明：

实施例1

一种金属表面混合渗镀立方氮化硼和金刚石的热处理工艺，将立方氮化硼(CBN)微粉置入容器中，将机械零件渗镀表面埋入上述粉料中，容器放置在加热炉中，提温到850～900℃，保温4～8小时，冷却至室温后淬火，然后进行硬度检测。

实施例2

一种金属表面混合渗镀立方氮化硼和金刚石的热处理工艺，将按重量百分比90％立方氮化硼(CBN)微粉和10％纳米金刚石微粉混合均匀置入容器中，将机械零件渗镀表面埋入上述粉料中，容器放置在加热炉中，提温到850～900℃，保温4～8小时，冷却至室温后淬火，然后进行硬度检测。

实施例3

一种金属表面混合渗镀立方氮化硼和金刚石的热处理工艺，将按重量百分比80％立方氮化硼(CBN)微粉和20％纳米金刚石微粉混合均匀置入容器中，将机械零件渗镀表面埋入上述粉料中，容器放置在加热炉中，提温到850～900℃，保温4～8小时，冷却至室温后淬火，然后进行硬度检测。

实施例4

一种金属表面混合渗镀立方氮化硼和金刚石的热处理工艺，将按重量百分比70％立方氮化硼(CBN)微粉和30％纳米金刚石微粉混合均匀置入容器中，将机械零件渗镀表面埋入上述粉料中，容器放置在加热炉中，提温到850～900℃，保温4～8小时，冷却至室温后淬火，然后进行硬度检测。

实施例5

一种金属表面混合渗镀立方氮化硼和金刚石的热处理工艺，将按重量百分比60％立方氮化硼(CBN)微粉和40％纳米金刚石微粉混合均匀置入容器中，将机械零件渗镀表面埋入上述粉料中，容器放置在加热炉中，提温到850～900℃，保温4～8小时，冷却至室温后淬火，然后进行硬度检测。

实施例6

一种金属表面混合渗镀立方氮化硼和金刚石的热处理工艺，将按重量百分比50％立方氮化硼(CBN)微粉和50％纳米金刚石微粉混合均匀置入容器中，将机械零件渗镀表面埋入上述粉料中，容器放置在加热炉中，提温到850～900℃，保温4～8小时，冷却至室温后淬火，然后进行硬度检测。

上述实施例中立方氮化硼(CBN)微粉的粒度为0～1000nm，纳米金刚石微粉的粒度为0～1000nm，机械零件金属材料为20CrMnSi、20CrMo、45、42CrMo、GCr15、Cr12MoV等黑色金属，立方氮化硼(CBN)不但具有金刚石的许多优良特性，而且有更高的热稳定性和对铁族金属及其合金的化学惰性，与纳米金刚石混合后，可降低C元素使纳米金刚石石墨化的倾向，本发明可使材料表面硬度提高HRC2～10，显著提高耐磨性能，延长零件的使用寿命1～7倍，从而降低了设备的使用成本10～50％。

本发明中纳米金刚石微粉是指颗粒的宽度尺寸为0～1000nm经过粉碎、整形处理生产的人造金刚石单晶磨粒。立方氮化硼(CBN)微粉粒度为0～1000nm，由静高压触媒法生产。

实施例中，不同金属材料在不同加渗剂的情况下，硬度变化表：

1、材料20CrMnSi，加热温度850～900℃，保温8小时：

2、材料20CrMo，加热温度850～900℃，保温8小时：

3、材料45，加热温度850～900℃，保温8小时：

4、材料42CrMo，加热温度850～900℃，保温8小时：

5、材料GCr15，加热温度850～900℃，保温8小时：

6、材料Cr12MoV，加热温度850～900℃，保温8小时：

Claims (3)

1.一种金属表面混合渗镀立方氮化硼和金刚石的热处理工艺，其特征在于，将立方氮化硼(CBN)微粉和纳米金刚石微粉按比例混合，加热渗镀在金属表面，其具体操作步骤如下：

1)将立方氮化硼(CBN)微粉和纳米金刚石微粉混合均匀；

2)将机械零件渗镀表面埋入上述混合粉料置入容器中，放置在加热炉中；

3)提温到850～900℃，保温4～8小时；

4)冷却至室温后淬火，然后进行硬度检测。

2.根据权利要求1所述的一种金属表面混合渗镀立方氮化硼和金刚石的热处理工艺，其特征在于，所述的立方氮化硼(CBN)微粉和纳米金刚石微粉的配合比例按重量百分比为：

立方氮化硼(CBN)微粉  粒度0～1000nm  50～100％；

纳米金刚石微粉粒度0～1000nm  0～50％。

3.根据权利要求1所述的一种金属表面混合渗镀立方氮化硼和金刚石的热处理工艺，其特征在于，所述的金属为黑色金属。