CN104264104A - 一种降低微弧渗硼表面粗糙度的方法 - Google Patents

一种降低微弧渗硼表面粗糙度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种降低微弧渗硼表面粗糙度的方法，该方法包含的步骤如下：（a）将钢试样前期处理；（b）将处理后的钢试样化学镀镍或化学镀铜；（c）然后再放入微弧渗硼溶液中进行微弧渗硼处理，即可得到相应粗糙度的渗硼层。通过本方法既能提高微弧渗硼速度，又能降低微弧渗硼的表面粗糙度，使其无需后处理，降低了成本，并且适合几乎所有的钢铁微弧渗硼工艺。

Description

一种降低微弧渗硼表面粗糙度的方法
技术领域
本发明涉及一种降低微弧渗硼表面粗糙度的方法，属于表面处理技术领域。
背景技术
目前，因低碳钢表面硬度低、耐磨性差，用于模具、磨损零件受到限制。为了使低碳钢表面获得高硬度、高耐磨性，大幅提高上述零部件的使用寿命，甚至用普通低碳钢代替高合金钢在上述零部件上的使用，钢铁表面微弧渗硼处理可达到上述效果。钢在溶液中快速微弧渗硼是一种新型的钢铁表面改性技术，该技术在特定的电解液中，以被处理钢铁为阴极，惰性材料为阳极，阴阳极之间施加一定的电压，使电解液与钢铁界面上产生电弧放电，形成等离子体态的硼活性粒子，这些粒子在电场的作用下快速吸附、渗透到钢铁表层，形成硼化物，实现钢铁表面的强化或改性。文献(Kinetics ofelectrochemical boriding of low carbon steel,Appl.Surf.Sci.257(2011)6928–6934.)与文献(Bin Wang,Wenbin Xue,Jie Wu,Xiaoyue Jin,Ming Hua,Zhenglong Wu,Characterization ofsurface hardened layers on Q235low-carbon steel treated by plasma electrolyticborocarburizing,J.Alloys Comp.578(2013)162–169.)分别披露了一种钢铁微弧渗硼方法，但两者渗硼速度低，厚度薄，且使工件的表面粗糙度提高，这样容易导致零件的配合和精度降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种降低微弧渗硼表面粗糙度的方法，通过本方法既能提高微弧渗硼速度，又能降低微弧渗硼的表面粗糙度，使其无需后处理，降低了成本，并且适合几乎所有的钢铁微弧渗硼工艺。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种降低微弧渗硼表面粗糙度的方法，该方法包含的步骤如下：
(a)将钢试样前期处理；
(b)将处理后的钢试样化学镀镍或化学镀铜；
(c)然后再放入微弧渗硼溶液中进行微弧渗硼处理，即可得到相应粗糙度的渗硼层。
进一步，在步骤(a)中，前期处理为依次进行除油、酸洗和活化处理。
进一步，在步骤(b)中，化学镀镍的处理溶液的组分具有硫酸镍、次亚磷酸钠、柠檬酸钠、乙酸钠、乙酸铅和去离子水；其中，在1L的去离子水中具有25g～35g的硫酸镍、20g～30g的次亚磷酸钠、15g～25g的柠檬酸钠、5g～15g的乙酸钠和0.5mg～1.5mg的乙酸铅。
进一步，其中，在1L的去离子水中具有30g的硫酸镍、25g的次亚磷酸钠、20g的柠檬酸钠、10g的乙酸钠和1mg的乙酸铅。
进一步，在步骤(b)中，化学镀铜的处理溶液的组分具有硫酸铜、甲醛、乙二胺四乙酸二钠、2,2’-联吡啶、氢氧化钠和去离子水；其中，在1L的去离子水中具有5g～15g的硫酸铜、8ml～18ml的甲醛、20g～30g的乙二胺四乙酸二钠、5mg～15mg的2,2’-联吡啶和8g～18g的氢氧化钠。
进一步，其中，在1L的去离子水中具有10g的硫酸铜、13ml的甲醛、25g的乙二胺四乙酸二钠、10mg的2,2’-联吡啶和13g的氢氧化钠。
进一步，在步骤(c)中，所述的微弧渗硼溶液的组分具有氟硼酸钠、氢氧化钾、氯化钾和去离子水；其中，在1L的去离子水具有30～40g的氟硼酸钠、15g～25g的氢氧化钾和5g～15g的氯化钾。
进一步，其中，在1L的去离子水具有35g的氟硼酸钠、20g的氢氧化钾和10g的氯化钾。
进一步，在步骤(c)中，微弧渗硼处理过程为以钢为阴极，石墨为阳极，加电压至220V-300V，处理5～15分钟，即可得到渗硼层。
采用了上述技术方案后，该方法是在工件化学镀镍或化学镀铜之后，再进行微弧渗硼，利用镍或铜的催化作用，提高渗硼效率，增加渗硼层的厚度，同时镀镍层或镀铜层具有避免微弧冲击而导致渗硼面粗糙度的提高的现象，本发明处理后零件粗糙度低，厚度厚，无变形，无需后处理，降低了成本，且其适合几乎所有的钢铁微弧渗硼工艺，渗层硬度可达HV1000-1200。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
首先配制化学镀镍的处理溶液，并加热到93度，将经过除油、酸洗和活化的20钢试样浸入配制的化学镀镍的处理溶液中5分钟，然后放入配制的微弧渗硼溶液中，以20钢为阴极，石墨为阳极，加电压至230V，处理5分钟，即可得到粗糙度不高于R3.2的渗硼层；其中，化学镀镍的处理溶液的组分具有硫酸镍、次亚磷酸钠、柠檬酸钠、乙酸钠、乙酸铅和去离子水；在1L的去离子水中具有30g的硫酸镍、25g的次亚磷酸钠、20g的柠檬酸钠、10g的乙酸钠和1mg的乙酸铅；所述的微弧渗硼溶液的组分具有氟硼酸钠、氢氧化钾、氯化钾和去离子水；其中，在1L的去离子水具有35g的氟硼酸钠、20g的氢氧化钾和10g的氯化钾。
实施例二
首先配制化学镀铜的处理溶液，并加热到25度，将经过除油，酸洗，活化的45钢试样浸入配制的化学镀铜的处理溶液中2分钟，然后放入配制的微弧渗硼溶液中，以45钢为阴极，石墨为阳极，加电压至220V，处理10分钟，即可得到粗糙度不高于R1.6的渗硼层；其中，化学镀铜的处理溶液的组分具有硫酸铜、甲醛、乙二胺四乙酸二钠、2,2’-联吡啶、氢氧化钠和去离子水；在1L的去离子水中具有10g的硫酸铜、13ml的甲醛、25g的乙二胺四乙酸二钠、10mg的2,2’-联吡啶和13g的氢氧化钠；微弧渗硼溶液的组分具有氟硼酸钠、氢氧化钾、氯化钾和去离子水；其中，在1L的去离子水具有30g的氟硼酸钠、15g的氢氧化钾和5g的氯化钾。
实施例三
首先配制化学镀镍的处理溶液，并加热到93度，将经过除油、酸洗和活化的20CrMnTi钢试样浸入配制的化学镀镍的处理溶液中3分钟，然后放入配制的微弧渗硼溶液中，以20CrMnTi钢为阴极，石墨为阳极，加电压至250V，处理8分钟，即可得到粗糙度不高于R3.2的渗硼层；其中，化学镀镍的处理溶液的组分具有硫酸镍、次亚磷酸钠、柠檬酸钠、乙酸钠、乙酸铅和去离子水；在1L的去离子水中具有25g的硫酸镍、20g的次亚磷酸钠、15g的柠檬酸钠、5g的乙酸钠和0.5mg的乙酸铅；微弧渗硼溶液的组分具有氟硼酸钠、氢氧化钾、氯化钾和去离子水；其中，在1L的去离子水具有40g的氟硼酸钠、25g的氢氧化钾和15g的氯化钾。
实施例四
首先配制化学镀铜的处理溶液，并加热到25度，将经过除油，酸洗，活化的45钢试样浸入配制的化学镀铜的处理溶液中4分钟，然后放入配制的微弧渗硼溶液中，以45钢为阴极，石墨为阳极，加电压至220V，处理10分钟，即可得到粗糙度不高于R1.6的渗硼层；其中，化学镀铜的处理溶液的组分具有硫酸铜、甲醛、乙二胺四乙酸二钠、2,2’-联吡啶、氢氧化钠和去离子水；在1L的去离子水中具有5g的硫酸铜、8ml的甲醛、20g的乙二胺四乙酸二钠、5mg的2,2’-联吡啶和8g的氢氧化钠；微弧渗硼溶液的组分具有氟硼酸钠、氢氧化钾、氯化钾和去离子水；其中，在1L的去离子水具有40g的氟硼酸钠、25g的氢氧化钾和15g的氯化钾。
实施例五
首先配制化学镀铜的处理溶液，并加热到25度，将经过除油，酸洗，活化的45钢试样浸入配制的化学镀铜的处理溶液中1分钟，然后放入配制的微弧渗硼溶液中，以45钢为阴极，石墨为阳极，加电压至220V，处理10分钟，即可得到粗糙度不高于R1.6的渗硼层；其中，化学镀铜的处理溶液的组分具有硫酸铜、甲醛、乙二胺四乙酸二钠、2,2’-联吡啶、氢氧化钠和去离子水；在1L的去离子水中具有15g的硫酸铜、18ml的甲醛、30g的乙二胺四乙酸二钠、15mg的2,2’-联吡啶和18g的氢氧化钠；微弧渗硼溶液的组分具有氟硼酸钠、氢氧化钾、氯化钾和去离子水；其中，在1L的去离子水具有40g的氟硼酸钠、25g的氢氧化钾和15g的氯化钾。
实施例六
首先配制化学镀镍的处理溶液，并加热到93度，将经过除油、酸洗和活化的20CrMnTi钢试样浸入配制的化学镀镍的处理溶液中2分钟，然后放入配制的微弧渗硼溶液中，以20CrMnTi钢为阴极，石墨为阳极，加电压至250V，处理8分钟，即可得到粗糙度不高于R3.2的渗硼层；其中，化学镀镍的处理溶液的组分具有硫酸镍、次亚磷酸钠、柠檬酸钠、乙酸钠、乙酸铅和去离子水；在1L的去离子水中具有35g的硫酸镍、30g的次亚磷酸钠、25g的柠檬酸钠、15g的乙酸钠和1.5mg的乙酸铅；微弧渗硼溶液的组分具有氟硼酸钠、氢氧化钾、氯化钾和去离子水；其中，在1L的去离子水具有35g的氟硼酸钠、20g的氢氧化钾和10g的氯化钾。
通过以上六个实施例可以看出，本发明处理后零件粗糙度低，厚度厚，无变形，无需后处理，降低了成本，且其适合几乎所有的钢铁微弧渗硼工艺，微弧渗硼速度快，渗层硬度可达HV1000-1200，粗糙度不高于R3.2。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种降低微弧渗硼表面粗糙度的方法，其特征在于该方法包含的步骤如下：
(a)将钢试样前期处理；
(b)将处理后的钢试样化学镀镍或化学镀铜；
(c)然后再放入微弧渗硼溶液中进行微弧渗硼处理，即可得到相应粗糙度的渗硼层。
2.根据权利要求1所述的降低微弧渗硼表面粗糙度的方法，其特征在于：在所述的步骤(a)中，前期处理为依次进行除油、酸洗和活化处理。
3.根据权利要求1所述的降低微弧渗硼表面粗糙度的方法，其特征在于：在所述的步骤(b)中，化学镀镍的处理溶液的组分具有硫酸镍、次亚磷酸钠、柠檬酸钠、乙酸钠、乙酸铅和去离子水；其中，在1L的去离子水中具有25g～35g的硫酸镍、20g～30g的次亚磷酸钠、15g～25g的柠檬酸钠、5g～15g的乙酸钠和0.5mg～1.5mg的乙酸铅。
4.根据权利要求3所述的降低微弧渗硼表面粗糙度的方法，其特征在于：其中，在1L的去离子水中具有30g的硫酸镍、25g的次亚磷酸钠、20g的柠檬酸钠、10g的乙酸钠和1mg的乙酸铅。
5.根据权利要求1所述的降低微弧渗硼表面粗糙度的方法，其特征在于：在所述的步骤(b)中，化学镀铜的处理溶液的组分具有硫酸铜、甲醛、乙二胺四乙酸二钠、2,2’-联吡啶、氢氧化钠和去离子水；其中，在1L的去离子水中具有5g～15g的硫酸铜、8ml～18ml的甲醛、20g～30g的乙二胺四乙酸二钠、5mg～15mg的2,2’-联吡啶和8g～18g的氢氧化钠。
6.根据权利要求5所述的降低微弧渗硼表面粗糙度的方法，其特征在于：其中，在1L的去离子水中具有10g的硫酸铜、13ml的甲醛、25g的乙二胺四乙酸二钠、10mg的2,2’-联吡啶和13g的氢氧化钠。
7.根据权利要求1所述的降低微弧渗硼表面粗糙度的方法，其特征在于：在所述的步骤(c)中，所述的微弧渗硼溶液的组分具有氟硼酸钠、氢氧化钾、氯化钾和去离子水；其中，在1L的去离子水具有30～40g的氟硼酸钠、15g～25g的氢氧化钾和5g～15g的氯化钾。
8.根据权利要求7所述的降低微弧渗硼表面粗糙度的方法，其特征在于：其中，在1L的去离子水具有35g的氟硼酸钠、20g的氢氧化钾和10g的氯化钾。
9.根据权利要求1所述的降低微弧渗硼表面粗糙度的方法，其特征在于：在所述的步骤(c)中，微弧渗硼处理过程为以钢为阴极，石墨为阳极，加电压至220V-300V，处理5～15分钟，即可得到渗硼层。
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