专利名称：一种盐浴铌铬共渗剂及其应用工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于化学热处理领域，具体涉及一种盐浴铌铬共渗剂及其应用工艺。
背景技术：
机器零件或工模具在工作过程中多数因表面磨损、氧化或者腐蚀而影响寿命，所以提升表面性能可显著提高它们的使用寿命。盐浴表面强化技术因具有盐浴流动性好、工艺稳定、处理效果好和价格低廉、处理过程无公害，且所形成的渗层在常温下具有良好的稳定性、耐磨性、抗粘着性及较高的表面硬度，使用性能稳定等优点，被认为是工模具理想的表面强化技术。单一渗铌层有极高的表面硬度和冷态耐磨性，但覆层与基体硬度差距过大，这种硬度的急剧变化会产生应力集中，增加覆层脆性，减少覆层寿命，而且碳化铌高温抗氧化性能差。单一渗铬抗高温氧化性能好，但耐磨性较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种盐浴铌铬共渗剂及其应用工艺，所形成的覆层厚度高、硬度大，覆层与工件基体间硬度呈梯度分布,应力集中降低、使用寿命长。本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为:
一种盐浴铌铬共渗剂，按重量百分比计，它包括由硼砂55-70%，五氧化二铌6-12%，三氧化二铬6-12%，碳化硼3-6%，氟化钠8-12%，稀土硅镁1-3%组成。一种盐浴铌铬共渗剂的应用工艺，它包括如下步骤:
(1)按重量百分比计，称取硼砂55-70%，五氧化二铌6-12%，三氧化二铬6-12%，碳化硼
3-6%，氟化钠8-12%，稀土硅镁1-3%，备用；
(2)按上述配比，向坩埚内加入硼砂，先将少量硼砂加入，待硼砂熔化之后，再缓慢加入少量硼砂，逐步依次进行，直到全部硼砂熔化；再加入五氧化二铌、三氧化二铬、氟化钠、稀土硅镁充分搅拌至全部熔化，最后加入碳化硼至熔化形成盐浴，保温I小时；
(3)将工件浸入熔化的盐浴中，保持温度为900-920°C，2-4小时后升温至950-980°C，2-4小时后将炉温降至Arl保温2-4小时，进而在工件基体材料的淬火温度处保温I小时，将工件取出后直接油淬，然后于200°C温度下回火保温2小时，即可获得具有一定厚度的铌铬共渗梯度覆层的工件。工件经过油淬后的回火处理，去除残余应力，稳定工件尺寸，提高综合力学性能。与现有技术相比，本发明的有益效果:
(I)碳化铌硬度极高，而工件基体材料的硬度最高也只有800-900HV，如果受到较高的冲击载荷，覆层容易出现崩落。本发明在渗铬过程中，由于铬原子与铁原子半径较为相近，会发生明显的元素互扩散，形成含大量铁、铬元素的过渡区，沿覆层截面方向的硬度过渡会比较平缓而不会出现剧变。另外碳化铬硬度介于碳化铌与工件基体材料之间，整个硬度从最表面到内部是逐渐变小的，形成了 功能梯度覆层，所以覆层应力集中大大降低，脆裂倾向减少，覆层抗冲击能力提高。(2)单一渗铌层有极高的表面硬度和冷态耐磨性，但抗高温氧化性能较差，在450°C以上时就会出现比较严重的氧化现象，限制了碳化铌覆层的应用范围。铬碳化物具有良好的抗高温氧化性，在900°C以下仍能保持较高的稳定性。所以本发明所得共渗层的耐热性优于渗铌层。(3)在两种元素同时渗入时，渗入的元素会发生相互作用，从而影响扩散层的深度和速度，其中活性较小的组元的扩散速度随活性较大的组元的含量增加而增大。因此，铌铬共渗时，铬的加入会增加铌的扩散速度，覆层厚度增厚。本发明适用于各种冷作模具的强化处理，特别适合用于提高承受动负荷较大的冷作模具的寿命。适用于钢铁、铸铁和耐热金属制件的强化处理。
图1为实施例1中所得的铌铬共渗梯度覆层的XRD图谱。图2为实施例1中所得的铌铬共渗梯度覆层截面的金相显微组织照片。
具体实施例方式为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
稀土硅镁购于洛阳忠诚集团有限公司；本发明所用的化工原料均为工业级产品。物相分析方法:利用转靶衍射仪对铌铬共渗梯度覆层进行X射线衍射分析，得出覆层的相组成及各元素存在状态(如图1所示)。覆层形貌观测方法:用金相显微镜观察铌铬共渗梯度覆层的厚度及组织形态(如图2所示)。表面硬度测试方法:用HX-1000TM维氏显微硬度计测量。耐磨性测试方法:采用球盘式磨损实验机进行覆层的疲劳磨损实验。实施例1
一种盐浴铌铬共渗剂，按重量百分比计，它包括由硼砂55%，五氧化二铌12%，三氧化二铬12%，碳化硼6%，氟化钠12%，稀土硅镁3%组成；
一种盐浴铌铬共渗剂的应用工艺，它包括如下步骤:
(1)按重量百分比计，称取硼砂55%，五氧化二铌12%，三氧化二铬12%，碳化硼6%，氟化钠12%，稀土硅镁3%，备用；
(2)按上述配比，向坩埚内加入硼砂，先将少量(如1/5的硼砂)硼砂加入，待硼砂熔化之后，再缓慢加入少量硼砂，逐步依次进行，直到全部硼砂熔化；再加入五氧化二铌、三氧化二铬、氟化钠、稀土硅镁充分搅拌至全部熔化，最后加入碳化硼至熔化形成盐浴，保温I小时；
(3)将Crl2钢(工件)浸入熔化的盐浴中，保持温度为900°C，4小时后升温至950V，4小时后将炉温降至Arl保温3小时，进而将温度升至950°C保温I小时，将Crl2钢取出后直接油淬，然后于200°C温度下回火保温2小时，即可获得铌铬共渗梯度覆层的工件。经上述工艺处理后的Crl2钢(工件)，具有如下效果:①覆层物相组成为Cr7C3和NbC，厚度为12.5微米，硬度为3010HV，耐磨性是未经处理的Cr 12钢的4.1倍；
②Crl2钢的铌铬共渗梯度覆层与碳化铌覆层显微硬度基本相同，说明铌铬共渗层同样具有良好的表面耐磨性；
③渗层横截面硬度出现梯度变化，因而应力集中大大降低，减少脆裂倾向，提高覆层抗冲击能力。根据JY/T 016-1996波长色散型X射线荧光光谱仪方法通则，采用Axiosadvanced X射线荧光光谱仪，检测条件是电压3(T60kV，电流5(Tl00mA，铌铬共渗梯度覆层的检测结果如表I所示。表I
权利要求
1.一种盐浴铌铬共渗剂，其特征在于按重量百分比计，它包括由硼砂55-70%，五氧化二铌6-12%，三氧化二铬6-12%，碳化硼3-6%，氟化钠8-12%，稀土硅镁1_3%组成。
2.权利要求1所述的一种盐浴铌铬共渗剂的应用工艺，其特征在于它包括如下步骤: (1)按重量百分比计，称取硼砂55-70%，五氧化二铌6-12%，三氧化二铬6-12%，碳化硼3-6%，氟化钠8-12%，稀土硅镁1-3%，备用； (2)按上述配比，向坩埚内加入硼砂，直到全部硼砂熔化；再加入五氧化二铌、三氧化二铬、氟化钠、稀土硅镁，充分搅拌至全部熔化，最后加入碳化硼至熔化形成盐浴，保温I小时； (3)将工件浸入熔化的盐浴中，保持温度为900-920°C，2-4小时后升温至950-980°C，2-4小时后将炉温降至Arl保温2-4小时，进而在工件基体材料的淬火温度处保温I小时，将工件取出后直接油淬，然后于200°C温度下回火保温2小时，即可获得铌铬共渗梯度覆层的工 件。
全文摘要
本发明涉及了一种盐浴铌铬共渗剂，其特征在于按重量百分比计，它包括由硼砂55-70%，五氧化二铌6-12%，三氧化二铬6-12%，碳化硼3-6%，氟化钠8-12%，稀土硅镁1-3%组成。本发明获得的覆层能够克服单金属覆层硬度梯度大的缺点，同时提供高硬度、高耐磨、低脆性的共渗梯度组织，以满足承受大载荷的工件服役条件的要求，扩大模具的应用范围，较大幅度提高模具的使用寿命。
文档编号C23C10/26GK103103476SQ20131003797
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者王华君, 张文杰, 王华昌, 徐德鑫, 李爱农, 孙启坤, 赵堃 申请人:武汉理工大学