不銹鋼表面鹽浴滲鉻劑及其滲鉻工藝的制作方法

本發(fā)明涉及化學(xué)熱處理領(lǐng)域，尤其是一種滲鉻劑及其滲鉻工藝，具體是一種不銹鋼表面鹽浴滲鉻配方及其滲鉻工藝。
背景技術(shù)：
：td法（toyotadiffusioncoatingprocess）是一種以硼砂為基鹽，在金屬表面滲入硼、釩、鈮、鉻等元素以達(dá)到提高材料表面性能目的的方法。td法可以分為四個(gè)步驟：分解-擴(kuò)散-吸附-滲入，被滲元素與基材金屬形成硼化物、碳化物、鉻固溶體等化合物的表面滲層。相比于cvd（chemicalvapordeposition）和pvd（physicalvapordeposition）法，td法所需設(shè)備簡(jiǎn)單，操作更加方便，價(jià)格低廉。硼砂鹽浴自研發(fā)出來(lái)就受到了廣泛的關(guān)注，在材料表面處理領(lǐng)域廣泛使用，但硼砂鹽浴存在著鹽浴流動(dòng)性差，工件粘鹽多，清洗殘鹽困難等問(wèn)題，影響了該方法的應(yīng)用范圍。唐公民的《1cr11moniw1vnbn不銹鋼硼砂鹽浴滲鉻性能研究》在1035℃×3h條件下獲得了10μm左右的滲層，劉曉的《20鋼低溫鹽浴滲鉻工藝及性能研究》制得的滲層只有3～5μm，硬度只有559hv。近年來(lái)硼砂滲鉻技術(shù)已在多種鋼上得到應(yīng)用，鉻滲層能提升材料的抗氧化、抗腐蝕性，并且具有獲得結(jié)合力強(qiáng)、高硬度、厚滲層的潛力。研究新型鹽浴劑能進(jìn)一步擴(kuò)大鹽浴滲鉻的應(yīng)用，滿(mǎn)足材料應(yīng)用更苛刻環(huán)境的需求，具有重要的意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是針對(duì)以上硼砂鹽浴的缺點(diǎn)，發(fā)明一種以b2o3為基鹽的新型鹽浴滲鉻劑，它能獲得致密連續(xù)的滲層，提高滲層厚度，降低粘鹽清理的難度，對(duì)相關(guān)儀器設(shè)備的腐蝕性降低。而且具有可操作性高和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本發(fā)明的技術(shù)方案之一是：一種新型的不銹鋼表面鹽浴滲鉻劑，其特征在于其配方包括：氧化硼（b2o3）、氟化鈉（naf）、碳化硼（b4c）、氯化鋇（bacl2）、氧化鉻（cr2o3）；各組份的質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比分別為：氧化硼（b2o3）50～60%、氟化鈉（naf）15～30%、碳化硼（b4c）2～20%、氯化鋇（bacl2）2～15%、氧化鉻（cr2o3）8～15%；各組份之和為100%本發(fā)明的技術(shù)方案之二是：一種不銹鋼表面鹽浴滲鉻工藝，其特征在于包括以下步驟：（1）按照鹽浴配方百分比分別稱(chēng)量：氧化硼（b2o3）、氟化鈉（naf）、碳化硼（b4c）、氯化鋇（bacl2）、氧化鉻（cr2o3）；將稱(chēng)好后的滲鉻劑放入100℃真空干燥箱烘干后放入坩堝中備用；（2）不銹鋼表面預(yù)處理：將加工到設(shè)定尺寸的工件進(jìn)行除油-去離子水清洗-砂紙打磨-機(jī)械拋光-丙酮超聲波清洗20min-吹干備用；（3）滲鉻處理：將裝有滲鉻劑的坩堝放入1000℃電阻爐中，保溫15min，隨后降溫至滲鉻溫度900～950℃；將工件放入配備好的滲鉻鹽浴坩堝內(nèi)，并使工件與鹽浴充分接觸，保溫2～4h取出空冷，即在不銹鋼表面制得滲鉻層；（4）清洗工件：輕輕敲打工件，使其表面粘鹽脫落，若仍有殘鹽粘附，置于沸水中煮20-40min即可。所述的滲鉻層在950℃保溫4h條件下滲層厚度在40μm左右;在900℃保溫2h～4h條件下滲層厚度30μm左右。所述的滲鉻層硬度為1600～2300hv。滲鉻后試樣表面粘鹽清理容易，清理后試樣表面整潔；獲得的滲鉻層質(zhì)量好，連續(xù)致密，與基體冶金結(jié)合。本發(fā)明的有益效果是：（1）本發(fā)明提供了一種易于清理粘鹽的滲鉻配方，只需敲打滲完后的工件表面即可得到干凈的工件，用沸水煮，也可輕易去除殘鹽。（2）本發(fā)明在不銹鋼表面獲得了質(zhì)量好的滲鉻層，滲層與基體可以清晰被觀察到，兩者結(jié)合較好。（3）本發(fā)明獲得的滲鉻層比傳統(tǒng)的硼砂鹽浴獲得的滲鉻層厚許多，表面硬度也提高4倍左右。（4）本發(fā)明有效的減少了滲鉻劑對(duì)坩堝及夾具的腐蝕。（5）本發(fā)明提供的滲鉻劑，無(wú)任何毒性，對(duì)周?chē)h(huán)境無(wú)任何污染。附圖說(shuō)明圖1是實(shí)施例1不銹鋼在950℃保溫4h后滲鉻層光鏡100倍圖。圖2是實(shí)施例2不銹鋼在950℃保溫4h后滲鉻層光鏡100倍圖。圖3是實(shí)施例3不銹鋼在950℃保溫4h后滲鉻層光鏡100倍圖。圖4是實(shí)施例4不銹鋼在950℃保溫4h后滲鉻層光鏡100倍圖。圖5是實(shí)施例5不銹鋼在950℃保溫4h后滲鉻層光鏡100倍圖。圖6是實(shí)施例6不銹鋼在900℃保溫2h后滲鉻層光鏡100倍圖。圖7是實(shí)施例7不銹鋼在900℃保溫4h后滲鉻層光鏡100倍圖。圖8是實(shí)施例3試樣的eds區(qū)域成分分析圖。圖9是實(shí)施例3試樣區(qū)域3-eds元素掃描圖。圖10是實(shí)施例3試樣5個(gè)eds掃描區(qū)域cr原子含量條形圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例1。稱(chēng)量氧化硼（b2o3）52克、氟化鈉（naf）27克、氯化鋇（bacl2）5克、碳化硼（b4c）6%克、氧化鉻（cr2o3）10克鹽浴滲鉻劑放入100℃真空干燥箱烘干后放入坩堝中備用。將不銹鋼棒材機(jī)械加工成10mm×10mm×3mm的試樣備用。不銹鋼以s310為例。滲鉻工藝為：不銹鋼表面預(yù)處理－滲鉻處理－清洗工件（1）不銹鋼表面預(yù)處理：除油-去離子水清洗-砂紙打磨-機(jī)械拋光-丙酮超聲波清洗20min-吹干備用；（2）滲鉻處理：將裝有滲鉻劑的坩堝放入1000℃電阻爐中，保溫15min，隨后降溫至滲鉻溫度（900～950℃）；將工件放入配備好的滲鉻鹽浴坩堝內(nèi)，并使工件與鹽浴充分接觸，保溫一定時(shí)間（2～4h）取出空冷，即在不銹鋼表面制得滲鉻層。（3）清洗工件：輕輕敲打工件，使其表面粘鹽脫落，若仍有殘鹽粘附，可至于沸水中煮20-40min即可。試樣實(shí)驗(yàn)清理后進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)光鏡測(cè)量實(shí)施例一滲鉻層平均厚度為39.97μm（圖1）；滲鉻層表面顯微硬度在100gf壓力下測(cè)得平均為2304hv。實(shí)施例2。稱(chēng)量由氧化硼（b2o3）60克、氟化鈉（naf）18克、氯化鋇（bacl2）6克、碳化硼（b4c）6克、氧化鉻（cr2o3）10克鹽浴滲鉻劑放入100℃真空干燥箱烘干后放入坩堝中備用，實(shí)驗(yàn)方法與步驟同實(shí)施例1一致。試樣實(shí)驗(yàn)清理后進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)光鏡測(cè)量實(shí)施例一滲鉻層平均厚度為22.37μm（圖2）；滲鉻層表面顯微硬度在100gf壓力下測(cè)得平均為1657hv。實(shí)施例3。鹽浴滲鉻劑稱(chēng)量：氧化硼（b2o3）60克、氟化鈉（naf）16克、氯化鋇（bacl2）6克、碳化硼（b4c）8克、氧化鉻（cr2o3）10%，實(shí)驗(yàn)方法與步驟同實(shí)施例1一致。試樣實(shí)驗(yàn)清理后進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)光鏡測(cè)量實(shí)施例一滲鉻層平均厚度為38.62μm（圖3）；滲鉻層表面顯微硬度在100gf壓力下測(cè)得平均為1842hv。下表為圖8各測(cè)量區(qū)域元素百分比，其中區(qū)域5是基體原子百分比。區(qū)域（area）cr原子百分比f(wàn)e原子百分比area125.2053.52area227.4148.87area324.3653.23area422.3449.01area521.2250.20實(shí)施例4鹽浴滲鉻劑稱(chēng)量：氧化硼（b2o3）58克、氟化鈉（naf）16克、氯化鋇（bacl2）6克、碳化硼（b4c）10克、氧化鉻（cr2o3）10克，實(shí)驗(yàn)方法與步驟同實(shí)施例1一致。試樣實(shí)驗(yàn)清理后進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)光鏡測(cè)量實(shí)施例一滲鉻層平均厚度為44.04μm（圖4）；滲鉻層表面顯微硬度在100gf壓力下測(cè)得平均為1924hv。實(shí)施例5。鹽浴滲鉻劑稱(chēng)量：氧化硼（b2o3）54克、氟化鈉（naf）22克、氯化鋇（bacl2）6克、碳化硼（b4c）8克、氧化鉻（cr2o3）10克，實(shí)驗(yàn)方法與步驟同實(shí)施例1一致。試樣實(shí)驗(yàn)清理后進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)光鏡測(cè)量實(shí)施例一滲鉻層平均厚度為18.31μm（圖5）；滲鉻層表面顯微硬度在100gf壓力下測(cè)得平均為1642hv。實(shí)施例6。方法和實(shí)施例3一樣，不同之處是實(shí)驗(yàn)溫度為900℃，實(shí)驗(yàn)時(shí)間2h。試樣實(shí)驗(yàn)清理后進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)光鏡測(cè)量實(shí)施例一滲鉻層平均厚度為29.13μm（圖6）；滲鉻層表面顯微硬度在100gf壓力下測(cè)得平均為1670hv。實(shí)施例7。方法和實(shí)施例3一樣，不同之處是實(shí)驗(yàn)時(shí)間4h。試樣實(shí)驗(yàn)清理后進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)光鏡測(cè)量實(shí)施例一滲鉻層平均厚度為30.49μm（圖7）；滲鉻層表面顯微硬度在100gf壓力下測(cè)得平均為2191hv。實(shí)施例8。本實(shí)施例與實(shí)施例1-7的區(qū)別在于鹽浴滲鉻劑稱(chēng)量為：氧化硼（b2o3）50克、氟化鈉（naf）30克、氯化鋇（bacl2）10克、碳化硼（b4c）2克、氧化鉻（cr2o3）8克。實(shí)施例9。本實(shí)施例與實(shí)施例1-7的區(qū)別在于鹽浴滲鉻劑稱(chēng)量為：氧化硼（b2o3）60克、氟化鈉（naf）15克、氯化鋇（bacl2）2克、碳化硼（b4c）8克、氧化鉻（cr2o3）15克。實(shí)施例10。本實(shí)施例與實(shí)施例1-7的區(qū)別在于鹽浴滲鉻劑稱(chēng)量為：氧化硼（b2o3）60克、氟化鈉（naf）15克、氯化鋇（bacl2）15克、碳化硼（b4c）2克、氧化鉻（cr2o3）8克。實(shí)施例10。本實(shí)施例與實(shí)施例1-7的區(qū)別在于鹽浴滲鉻劑稱(chēng)量為：氧化硼（b2o3）50克、氟化鈉（naf）15克、氯化鋇（bacl2）5克、碳化硼（b4c）20克、氧化鉻（cr2o3）10克。本發(fā)明未涉及部分均于現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前第1頁(yè)12