CN1603452A - 金属表面渗硼层的快速制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种表面渗硼层的快速制备方法。该方法利用微波的快速和选择加热及加速化学反应的特点，在较低温度及短时间内在钢铁及金属表面制备渗硼层，其加热温度可比电炉加热降低100℃左右，加热时间减少三倍以上，且制备的渗硼层结构完整，与基体结合好、硬度高。该方法突破了传统热处理无法在低温、短时间获得良好渗层的局限，具有重大的工业应用价值。
Description
技术背景
本发明涉及表面化学热处理及微波处理的方法，特别涉及金属表面渗硼层的快速制备方法。
背景技术
金属材料表面渗层的制备一直是扩大材料的应用范围，改善材料的耐腐蚀、耐磨、耐热等性能的最重要手段和方法，且被大量工业化应用，如在模具、易磨损件及耐腐蚀性环境使用的零件等表面渗硼。所以金属材料的表面渗硼处理是一种非常有效的材料表面改性和防护方法。传统的金属材料表面渗硼，一般是将金属材料或工件置于渗硼介质中，在高温下保温数小时或更长时间而获得一定厚度的渗硼层，其工艺时间长、能耗大，基体材料在渗层制备的长时间高温下易发生组织结构的变化，从而大大限制了材料的应用范围。如何降低渗层制备温度和提高渗速一直是该领域所迫切期望解决的问题。
微波能被广泛应用于食品、材料合成和烧结，是一种非常有发展潜力的新能源，微波能具有加热升温快、能选择性加热、易于控制、节能、可加速化学反应及其特殊的微波效应等特点。经过查阅文献，目前尚未发现利用微波能来进行化学热处理及其表面渗层制备的相关报道。
发明内容
本发明目的在于利用微波能的特点，提供一种金属表面渗硼层的快速制备方法。
本发明的金属表面渗硼层的快速制备方法，其制备按下述的步骤依次进行：
1、将渗硼剂置于陶瓷坩埚中；
2、将工件或试样置于装有渗硼剂的坩埚中；
3、将上述步骤2中装有工件和渗硼剂的陶瓷坩埚置于微波加热腔内；
4、利用微波快速加热升温到550～1100℃，优选750～900℃，保温0.5～1.5小时，优选0.5～1.0小时，即可在工件表面制备渗硼层，
所述的渗硼剂可以是液体、固体或膏状体渗硼剂，如70％硼砂+30％B4C、70％硼砂+20％SiC+10％NaF或Na2CO3、40％B4C+50％CaF2+10％Na2SiF6、5％B4C+5％KBF4+10％NH4Cl+余量SiC、72％B-Fe+5％KBF4+23％木炭粉和50％硼砂+10％SiC+10％KCl+20％Na2AlFe6+5％B4C+5％Cr2O3组成的渗硼剂中的任一种。
本发明方法的优点：
1、利用钢铁、钛及铝等金属材料均不能被微波加热，而组成渗硼剂的硼砂、SiC、B4C等均有优异的微波加热特性。
2、微波加热会加速渗硼剂与钢铁、钛及铝等金属材料之间的化学反应，加速渗层的形成，可缩短制备时间。
3、微波可降低渗剂介质的反应温度，实现比常规加热方法更低温度下的渗硼层制备。如微波加热850℃，保温一小时的渗硼厚度与电炉加热940℃保温3.5小时渗硼层的厚度相当。
4、因基体材料不被微波加热，仅仅靠渗硼介质的热传导短时间加热，基体材料的组织结构不易发生变化。
本发明提供的表面渗硼层的制备方法，克服了目前表面化学热处理要温度高、时间长的局限，具有广阔的应用价值。
附图说明
图1是钢的微波高效渗硼层的制备工艺流程图。
图2是微波加热840℃保温1小时的渗硼层的组织形态照片。
图3是用电炉加热940℃保温3.5小时的渗硼层的组织形态照片。
图1所示渗硼层的制备工艺过程是：将工件置于去油并涂有渗硼剂的坩埚中，在≤50℃下烘干，然后放入微波加热腔中，控制微波加热温度在550～1100℃，加热时间在0.5～1.5小时之间，微波处理后取出清理，即可在工件表面制得渗硼层。
具体实施方案
下面实施例仅是对本发明的进一步说明，而不是对本发明使用的渗硼剂的限定。目前通常使用的液体、固体或膏状体渗硼剂均可。
实施例1：
用质量为50％硼砂+10％SiC+10％KCl+20％Na2AlFe6+5％B4C+5％Cr2O3组成的膏状渗硼剂包裹35#碳钢置于直径50mm的陶瓷坩埚中一起放入微波炉加热腔，温度850℃，加热保温1小时得到厚度为30μm的渗硼层，且结构完整致密，X-射线分析渗层为Fe2B、FeB双相组织。
实施例2：
采用实施例1相同的膏状渗硼剂包裹25#碳钢置于直径50mm的陶瓷坩埚中一起放入微波炉加热腔，温度850℃，加热保温0.5小时得到厚度为10μm左右的渗硼层。
实施例3：
用质量为40％B4C+50％CaF2+10％Na2SiF6组成的渗硼剂，配制均匀后用质量为松香30％+酒精70％的酒精液调成糊状，均匀涂在已经除油去锈的工件上，涂层厚度大于2mm，放入陶瓷坩锅中置于微波加热腔中，在700～950℃之间保温0.5～1.5小时即可获得渗硼层。
实施例4：
将质量为5％B4C+5％KBF4+10％NH4Cl+余量SiC组成的渗硼剂粉末先充分混合，再置入陶瓷坩锅内，将工件埋入渗剂粉末内表面，再用耐火泥或水玻璃密封后置于微波腔内再550～850℃保温0.5～1.5小时即可得到渗硼层。
实施例5
将质量为72％B-Fe+5％KBF4+23％木炭粉组成的渗硼剂粉末先充分混合，再置入陶瓷坩锅内，将工件埋入渗剂粉末内表面，再用耐火泥或水玻璃密封后置于微波腔内再550～850℃保温0.5～1.5小时即可得到渗硼层。
Claims (2)
1、金属表面渗硼层的制备方法，其特征是按下述的步骤依次进行：
第1、将渗硼剂置于陶瓷坩埚中；
第2、将工件或试样置于装有渗硼剂的坩埚中；
第3、将上述步骤2中装有工件和渗硼剂的陶瓷坩埚置于微波加热腔内；
第4、微波加热升温到550～1100℃，保温0.5～1.5小时，即可在工件表面制备渗硼层；
所述的渗硼剂可以是液体、固体或膏状体渗硼剂，选用质量组成为70％硼砂+30％B4C、70％硼砂+20％SiC+10％NaF或Na2CO3、40％B4C+50％CaF2+10％Na2SiF6、5％B4C+5％KBF4+10％NH4Cl+余量SiC、72％B-Fe+5％KBF4+23％木炭粉和50％硼砂+10％SiC+10％KCl+20％Na2AlFe6+5％B4C+5％Cr2O3组成的渗硼剂中的任一种。
2、如权利要求1所述的方法，其特征是微波加热升温到750～900℃，保温0.5～1.0小时。
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