[发明专利]一种稀土催渗高温盐浴共晶化渗硼处理的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料的表面热处理技术领域，特别涉及一种稀土催渗高温盐浴共晶化渗硼处理的方法。

背景技术

磨损作为金属材料的主要破坏形式，在材料的失效中占有重要地位，据不完全统计，能源有1/3~1/2消耗于磨损，材料有80%失效于磨损。目前渗硼处理是提高材料耐磨性最有效的工艺之一。然而传统渗硼工艺耗时长，渗层薄且易剥落。采用高温盐浴共晶化渗硼处理，不仅保证硼化物高的硬度，而且韧性也得到有效提高，此外，明显缩短工艺时间，并获得一定厚度的共晶渗硼层。

公开号为CN 102367564A的专利公开了一种高温盐浴共晶化渗硼处理方法，其特点是渗硼层为共晶组织，渗硼时间大幅缩短，渗硼层厚度较大，而且改善了渗硼层的脆性。但是，在高温盐浴共晶渗硼处理过程中，将试样放入高温熔盐中瞬间，试样表面的渗硼剂层在骤热的高温下容易发生崩裂，导致大部分渗硼剂与基体分离，而先前实验用的单纯氧化铝保护层代替渗硼剂层发生爆裂的同时连带一部分渗硼剂脱落，造成部分基体渗硼不足。其次，由于共晶渗硼处理为液相扩散过程，液相流淌严重，难以保证渗硼试样良好表面质量。另外，渗硼层显微硬度明显降低，韧性有待提高，耐磨性能相对不足。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种稀土催渗高温盐浴共晶化渗硼处理的方法，使得共晶渗硼层厚度显著加大，进一步增强渗硼层的表面硬度和韧性，提高共晶渗硼层的性能和使用寿命。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种稀土催渗高温盐浴共晶化渗硼处理的方法，包含以下步骤：

步骤一，将基材表面去油去锈，并进行喷砂处理，表面粗糙度Ra为10~25μm，接着用酒精清洗基材并烘干后待用；

步骤二，先将B₄C与稀土氧化物混合均匀得到稀土-B₄C混合物，其中稀土氧化物为氧化铈CeO₂，B₄C和稀土氧化物的质量比为90％～99％：1％～10％；再将稀土-B₄C混合物与水玻璃混合均匀，得到稀土-B₄C-水玻璃的混合物，其中稀土-B₄C混合物与水玻璃的质量比为40％～60％：60％～40％；

步骤三，将稀土-B₄C-水玻璃的混合物涂覆在基材表面，形成混合渗剂层，涂覆厚度为0.8～1.2mm，涂覆方式为模具刮涂方法，即先选用纸质材料根据基材试样制备所需要求的模具，然后将稀土-B₄C-水玻璃的混合物倒入模具中，用刮具将混合物刮成平整表面，形成混合渗剂层，接着将涂有渗剂层的基材放入烘干炉中烘干待用，烘干温度：350~500℃，升温速度为0.5~1.0℃/s，烘干时间：60~120min；

步骤四，将高温胶混合均匀，利用模具刮涂方法涂覆于基材表面的渗剂层上，形成高温胶保护层，高温胶中固相与液相的质量比例为50%～60%：40%～50%，高温胶保护层厚度为0.8～1.5mm，然后先在室温下干燥20～30h，再分两阶段烘干，第一阶段烘干温度为50～100℃，烘干时间为100～240min，第二阶段烘干温度为100～200℃，烘干时间：100～240min；

步骤五，将Al₂O₃颗粒与水玻璃混合均匀，利用模具刮涂方法涂覆于高温胶保护层上，形成Al₂O₃保护层；其中Al₂O₃与水玻璃的质量比为40％～60％：60％～40％，Al₂O₃颗粒的粒度为100～150目，涂覆厚度为0.8～1.5mm，然后缓慢烘干，烘干温度：350～500℃，升温速度为0.5~1℃/s，烘干时间：60～120min；

步骤六，将箱式电阻炉升温到1150~1250℃，然后将纯NaCl装入坩埚中，放入箱式电炉内，待NaCl完全熔融后将步骤五中处理好的基材放入，保温10~30min；

步骤七，基材出炉后直接进行水淬处理。

本发明的有益效果是：

1.经稀土-共晶化渗硼处理得到的共晶渗硼层厚度远远大于传统渗硼层厚度，有利于提高模具材料的耐磨性能。