一种用于钢领钢丝圈的钢硼化组合物及其工艺的制作方法

1.本发明涉及用于纺织纺纱机的钢领钢丝圈的领域。更具体地，本发明涉及用于钢领钢丝圈的钢硼化组合物及其扩散工艺。有利的是，通过热处理工艺改变微观结构，本发明提高经改进的耐磨钢领钢丝圈。


背景技术：

2.钢领钢丝圈是环锭机中最细小、最简单的机械元件。它直接影响所生产的纱线的质量，因为它们的作用是将原材料物理转化为成品。因此，钢领钢丝圈在环锭纺纱系统中起着非常重要的作用。钢领和钢丝圈尤其对纱线毛羽产生特别的影响。磨损状况和钢领的居中起主要作用。磨损的钢领表面总会导致纱线毛羽增加结果。由于钢丝圈在纺纱操作期间承受高机械应力和热应力，因此，提高钢丝圈的耐磨性仍然是一项巨大的挑战。由于存在这种接触，因此，表面变形(诸如划痕和扩散变形)是不可避免的。
3.因此，本发明意在提供一种用于钢领钢丝圈和扩散工艺的钢硼化组合物，用于通过热处理工艺改变微观结构来提高钢领钢丝圈的耐磨性。
4.us4677817a公开了一种用于纺纱机的钢丝圈，该钢丝圈由具有陶瓷涂层的硬拉拔钢丝或合金钢丝制成，该陶瓷涂层由单层碳化物、氮化物、氧化物或硼化物组成，或由复合陶瓷涂层组成，该复合陶瓷涂层是通过以镍合金、镍、铬、钴等为基体分散陶瓷颗粒而形成。
5.us6804943b2一种用于环锭纺纱机或环锭捻线机的钢领钢丝圈，该钢领钢丝圈包括铁芯，其中，该芯的至少一个承受机械应力的部分具有氮化物边缘层，并且其中，该边缘层包括连接层和扩散层，连接层的厚度为8μm至12μm，并且扩散层(24)的厚度为100μm至200μm。其中，以包括nh组分和n组分的气体、富氮液体或富氮等离子体的形式提供氮化剂。
6.in1108/che/1995公开了一种用于环锭纺纱机的纺纱钢领，其特征在于，至少在纺纱钢领与钢丝圈的接触表面上涂覆磷含量为1-4％的金属-磷层或硼含量为0.5-4％金属-硼层。
7.us7096656b2公开了一种钢领钢丝圈及其生产方法。在这种情况下，覆盖层包括细晶氮化铬、碳化钒或碳氮化钛。
8.us20190233981a1公开了一种金属芯，其中，金属芯至少部分地涂覆有抗摩擦涂层，该抗摩擦涂层由至少基托聚合物和固体润滑剂组成，其中，抗摩擦涂层的层厚度为0.1微米至50微米，并且基托聚合物选自聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺/亚胺。
9.ep3052684b1公开了一种用于环锭纺纱机的钢领，该钢领包括金属芯和施加在该芯上的金属涂层，其特征在于，该金属涂层被设计作为至少一层硬铬分散层，该硬铬分散层由具有嵌入的六方氮化硼的铬组成，其中，硼氮化物的平均粒径为4m2/g至30m2/g。
10.us5086615a公开了一种在钢领钢丝圈的表面上的涂层，所述涂层化学沉积在其上并且厚度均匀，约为0.1密耳至约0.5密耳，所述涂层包括按体积计约15％至约30％的粒状聚四氟乙烯，该粒状聚四氟乙烯均匀分散在包括镍-磷合金的金属基体中，每个碳氟化合物的粒径为约0.002密耳至约0.02密耳的数量级。
11.us10385480b2公开了一种纺织纺纱钢丝圈，包括基材；沉积在基材上的底涂层；以及沉积在底涂层上的金属硫化物涂层，其中，金属硫化物涂层包括二硫化钨，其中，底涂层包括黑色氧化物、氮化钢、磷酸锰和铬中的一种或多种。
12.in1905/che/2008公开了一种具有芯和表面涂层的钢领钢丝圈，该表面涂层包括一层或多层纳米氧化物陶瓷、纳米氮化物陶瓷、纳米碳化物陶瓷。
13.us4555326发现，如果碳氢化合物是在预先硼化的金属设备中进行加工，那么在高温下常见的焦炭形成和沉积即使不能完全消除，也可以降低至最低程度。用于实现该目的的组合物由包括在有机溶剂或载体中的硼或硼化合物以及特定的活化材料组成。
14.现存的现有工艺适用于纺纱机零件和模具，大多数发明使用ss和q245材料进行加工，温度在900℃至1400℃之间，化学混合物的百分比偏低，层厚度规定为100微米以上，仅用于耐磨性和耐腐蚀性，不适用于延伸性能。
15.因此，需要一种适用于纺纱机的钢领钢丝圈的工艺，本发明采用低合金高碳钢管，温度范围在850摄氏度至950摄氏度之间，化学混合物百分比偏高，层厚度规定为10微米至20微米以上，耐磨性和摩擦系数以及被设计为获得延伸性能的工艺得到改进。


技术实现要素：

16.本发明的主要目的是提供一种用于钢领钢丝圈的硼化组合物以及通过热处理工艺改变微观结构来提高钢领钢丝圈的耐磨性的工艺。
17.本发明的另一个目的是通过特殊热处理工艺改变微观结构来提高耐磨性，从而提高钢领钢丝圈的性能和寿命。
18.本发明的又一个目的是提供一种用于钢领钢丝圈的改进的耐磨钢硼化组合物或硼化钢组合物，以通过减少转换次数来提高生产率。
19.本发明的再又一个目的是提供一种改进的钢领钢丝圈，该钢领钢丝圈具有层厚度范围在10微米至20微米之间的硼化钢滑动表面。
20.本发明的各种实施例可克服传统现有技术的一个或多个问题。
21.本发明的主要方面是提供一种钢领钢丝圈，该钢领钢丝圈包括钢芯，并且其中，该芯的表面部分具有渗硼层，其中，渗硼层或硼化层包括硼化铁feb和feb2。
22.本发明的另一方面提供一种钢领钢丝圈，其中，形成在钢领钢丝圈的表面上的硼化物层包括硼化铁feb、feb2，层厚范围为15微米至40微米之间，芯部硬度为300hv至450hv，并且表面硬度为900hv至1100hv。
23.本发明的另一方面提供一种钢领钢丝圈，其中，硼化层通过选自碳化硅的惰性填料增强；主要活化剂选自碳酸钠(na2co3)、四硼酸钠(na2b4o7)、kb4以及它们的组合；并且辅助活化剂选自稀释氧化铝、sic以及它们的混合物。
24.本发明的另一个方面提供一种用于具有钢芯的钢领钢丝圈的硼化组合物，其中，该组合物包括以重量百分比计的，硼源/剂
–
1％至6％；惰性填料
–
2％至5％；主要活化剂
–
2％至5％；和辅助活化剂
–
60％至90％,
其中，硼剂是碳化硼(b4c)，并且其中，碳化硼的粒径为5微米至9微米。
25.本发明的另一方面提供一种用于具有钢芯的钢领钢丝圈的硼化组合物，其中，惰性填料是碳化硅(sic)。
26.本发明的另一方面提供一种硼化组合物，其中，主要活化剂选自碳酸钠(na2co3)、四硼酸钠(na2b4o7)、kb4以及它们的组合，以达到100％。
27.本发明的另一方面提供一种硼化组合物，其中，辅助活化剂选自稀释氧化铝、sic以及它们的混合物。
28.本发明的另一方面提供一种制备具有钢芯的硼化钢领钢丝圈的方法，包括以下步骤：在反应室中，在900℃至950℃的温度范围内对无涂层的芯进行热处理2小时至6小时；以及对芯进行硼化；其中，对芯进行硼化包括：制备包括硼剂、惰性填料、主要活化剂和辅助活化剂的硼化组合物，并且在650℃下预热30分钟至45分钟；将温度升高到800℃至850℃，持续15分钟至20分钟；进一步将温度升高到850℃至950℃，持续2小时至6小时；并且在400℃的温度下进行碱性淬火以产生硼化的钢领钢丝圈。
29.本发明的另一个方面提供一种制备具有钢芯的硼化钢领钢丝圈的方法，其中，硼化组合物以气体、液体或糊状物的形式供应。
30.本发明的另一个方面提供一种制备具有钢芯的硼化钢领钢丝圈的方法，其中，形成在钢领钢丝圈的表面上的硼化物薄层为硼化铁feb、feb2，层厚范围为15微米至40微米之间，芯部硬度为300hv至450hv，并且表面硬度为900hv至1100hv。
附图说明
31.为了更详细地以及其他将变得显而易见的方式理解本发明的特征、优点和目的，可参考构成本说明书一部分的附图中图示的本发明的实施例对上述简要概述的本发明进行更具体的说明。然而，要注意的是，附图仅图示本发明的优选实施例，因此不应被认为对本发明范围构成限制，因为其可允许有其他同等有效的实施例。
32.图1示出根据本发明的一个实施例的在硼化处理之后的硬化或未热处理的钢领钢丝圈。
33.图2示出根据本发明的另一个实施例的在硼化处理之后的硬化或未热处理的钢领钢丝圈。
具体实施方式
34.本发明涉及用于纺织纺纱机的钢领钢丝圈的领域。更具体地，本发明涉及一种用于钢领钢丝圈的硼化组合物及其扩散工艺。有利的是，通过热处理工艺改变微观结构，本发明提高经改进的耐磨钢领钢丝圈。
35.根据本发明的钢领钢丝圈具有无涂层的芯，该芯由钢材构成并且在硼大气中进行热处理，导致硼热扩散到钢中。这个过程称为硼化，这种扩散层提供硬化表面并且提高耐磨性。
36.本发明的目的是提高用于环锭纺纱机或环锭捻线机的钢领钢丝圈寿命，从而进一步改善运行和操作性能，同时减少钢领本身的磨损和撕裂。
37.根据本发明的钢领钢丝圈具有由钢材构成的无涂层芯并且由遍及整个表面的硼化层组成，所述芯与其在环锭纺纱机或环锭捻线机的钢领上滑动或在其中引导纱线。
38.通过根据本发明控制的硼剂的组合物并且通过适当选择的处理参数(包括温度-时间曲线)，可保持钢丝圈固定在纺纱钢领上的无变形钢丝圈的弹性。将芯加热到900℃至950℃范围内的温度，并且将其在所述温度范围内保持2小时至6小时。硼剂可以气体、液体或粉末的形式提供，优选地由卤素载体和稀释的热活化剂组分组成。
39.钢领钢丝圈芯的硼化层包括无附加扩散层；该层的厚度优选地高达25微米。然而，可根据需要控制扩散厚度。载体剂除了添加的硼组分和一些稀释的热扩散活化剂组分之外还含有卤素。同时，可根据需要通过浸泡时间来控制扩散层的厚度。
40.根据本发明的方面，提供了一种具有芯和涂层/扩散层的钢领钢丝圈，该涂层/扩散层由优选地选自1％至6％的碳化硼(b4c)的硼剂组成，平均粒径在5微米至9微米的范围内。
41.此外，根据本发明的扩散层/渗硼层组合物通过选自碳化硅的惰性填料增强；主要活化剂选自碳酸钠(na2co3)、四硼酸钠(na2b4o7)、kb4以及它们的组合；并且辅助活化剂选自稀释氧化铝、sic以及它们的混合物。
42.根据本发明的优选实施例，硼化组合物包括按重量百分比计的：惰性填料-2％至5％；主要活化剂
–
2％至5％；和辅助活化剂-60％至90％。
43.根据本发明的钢领钢丝圈的制备包括两步反应过程：
44.第一步反应是产硼物质或硼化组合物与需要被硼化组合物涂覆的芯之间的反应。在优选的实施例中，芯包括钢领钢丝圈，并且涂层是硼化层。涂层的性质是时间和温度的函数。这形成薄而致密的硼化物层。该反应之后是扩散，扩散是一个更快的过程。
45.渗硼是以化合物碳化硼作为活性源，并且另外以sic用作惰性填料，碳酸钠(na2co3)、四硼酸钠(na2b4o7)以40:30:30的混合百分比加入活化剂的特殊混合物，除了添加硼组分和60％至90％稀释的氧化铝作为附加/辅助活化剂之外，在800至860摄氏度开始扩散过程，硼原子随后将会扩散到工件中。
46.钢领钢丝圈的芯部分被加热到900℃至950℃范围内的温度，并且在所述温度范围内保持2小时至6小时。硼剂可以气体、液体或粉末的形式供应，其优选地由热活化剂组分(碳酸钠(na2co3)、四硼酸钠(na2b4o7)和kb4组成。
47.下面以示例的方式进一步对本发明的实施例进行说明。
48.示例1：
49.用于实验程序的钢领钢丝圈的成分为97％的铁；1％的碳；0.5％的铬；0.5％的锰；0.2％的硫；和0.15％的磷。
50.钢领钢丝圈包括上述成分的钢材，并且在硼大气中进行热处理，导致硼热扩散到钢中。硼化涂层是覆盖在芯的表面部分并且由渗硼层组成的涂层，其中，渗硼层或硼化层包
括硼化铁feb和feb2。硼化层的厚度在15微米至40微米的范围内，芯硬度为300hv至450hv，并且表面硬度为900hv至1100hv。硼化层也称为扩散层，其提供硬化表面并且提高耐磨性。
51.对于硼化，所使用的硼化组合物包括按重量百分比计的：硼源/剂-1％至6％可以是任何硼剂，惰性填料-2％至5％，主要活化剂-2％至5％，辅助活化剂-60％至90％，例如，硼剂的示例是粒径为5微米至9微米的碳化硼(b4c)。
52.硼混合物由所有必需的添加剂(诸如惰性填料、液体或糊状物形式的主要活化剂和辅助活化剂)制备而成，将零件浸入液体或糊状物中，并且使用温度范围在850摄氏度至950摄氏度之间的炉子进行热处理，直到硼与钢零件表面发生反应并逐渐开始渗透到表面中。层的尺寸取决于浸泡时间和要求。
53.硼化层通过选自碳化硅的惰性填料增强；主要活化剂选自碳酸钠(na2co3)、四硼酸钠(na2b4o7)、kb4以及它们的组合；并且辅助活化剂选自稀释氧化铝、sic以及它们的混合物。惰性填料也选自氧化铝或sic。
54.过程：
55.按照给定百分比将各种化学药剂混合形成糊状物，将钢领钢丝圈或钢丝圈的待涂覆部分浸入糊状物中并装入烘箱中，650℃预热30分钟至45分钟。然后，将温度升至850℃，然后，浸泡15分钟至25分钟。然后，将温度升高到900℃至950℃，保持2小时至6小时。完成该过程后，将温度降至400摄氏度，然后，使用碱性浴槽进行淬火。
56.示例2：
57.在另一个示例性实施例中，硼化组合物以反应气体的形式供应到反应室中，以用于形成钢丝圈表面的涂层。