專利名稱：以硼砂熔鹽為載體表面復(fù)合滲入釩鈮的金屬工件及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與金屬工件及其生產(chǎn)方法有關(guān)，特別與可作模具、標(biāo)準(zhǔn)件、機(jī)械零部件等的以硼砂熔鹽為載體表面復(fù)合滲入釩鈮的金屬工件及其生產(chǎn)方法有關(guān)。
背景技術(shù)：
材料是人們賴以生存的自然資源。由于人民生活水平的提高和消費(fèi)需求的增長(zhǎng)，人們賴以生存的自然資源越來(lái)越稀缺。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，金屬工件(模具、標(biāo)準(zhǔn)件、機(jī)械部件等)的失效相當(dāng)一部分是由于磨損引起。由于傳統(tǒng)的熱處理和表面處理的局限，很多材料還沒(méi)有發(fā)揮其應(yīng)有的潛力而過(guò)早失效從而極大的浪費(fèi)了不可再生的自然資源又增加了社會(huì)總成本。
公知的硬質(zhì)合金韌性差，加工難度大，成本高，周期長(zhǎng)。已有的在金屬工件基體表面滲入釩或鈮的金屬工件，單滲釩的金屬工件硬度差，單滲鈮的金屬工件生產(chǎn)周期長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種表面硬度高，可達(dá)3000HV以上，使用壽命長(zhǎng)的以硼砂熔鹽為載體表面復(fù)合滲入釩鈮的金屬工件。本發(fā)明的另一個(gè)目的是為了提供環(huán)保、節(jié)能，生產(chǎn)周期短的以硼砂熔鹽為載體表面復(fù)合滲入釩鈮的金屬工件的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明的目的是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明以硼砂熔鹽為載體表面復(fù)合滲入釩鈮的金屬工件，該金屬工件是將含碳量大于0.4％、淬火溫度高于850℃的金屬工件基體置于含釩、鈮及鋁粉的硼砂熔鹽中，通過(guò)硼砂熔鹽中的金屬原子和工件基體中的碳、氮原子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，擴(kuò)散在工件基體表面形成含有釩鈮的金屬碳化層的金屬工件，金屬碳化層和厚度可為5～15μm。
本發(fā)明的方法包括如下步驟1)，按質(zhì)量百分比配料四硼酸二鈉80～90％，五氧化二釩3～6％，五氧化二鈮3～6％，鋁 粉3～6％。
2)，化鹽900～950℃硼砂脫水后，分別加入五氧化二釩、五氧化二鈮及鋁粉，保溫2～3小時(shí)；3)，在甲醇或汽油中進(jìn)行工件基體的清洗；4)，在500～570℃條件下對(duì)工件基體預(yù)熱，可采用井式或箱式爐；5)，將工件基體裝入滲金屬爐中，入爐溫度800～900℃；6)，滲金屬在850～1050℃下保溫4～16小時(shí)，按材料不同選擇溫度和保溫時(shí)間；7)，隨爐升溫或降溫至淬火保溫，根據(jù)工件基體大小確定保溫時(shí)間；8)，淬火可采用40～70℃普通淬火油；9)，清洗可采用100℃工業(yè)用水進(jìn)行清洗；10)，回火方法同常規(guī)熱處理同；11)，清洗可采用工業(yè)用水+3％NaNO2進(jìn)行清洗；12)，拋光；13)，檢驗(yàn)合格即為以硼砂熔鹽為載體表面滲入釩鈮而形成含有釩鈮的金屬碳化層的金屬工件，五氧化二釩、五氧化二鈮為滲金屬劑，鋁粉為還原劑，四硼酸二鈉(工業(yè)硼砂)為載體和供硼劑，硼砂可清浩工件表面的作用，硼砂可稀釋氧化物，使工件基體不易氧化，其熔點(diǎn)為740℃，工作溫度在850℃～1050℃溫區(qū)，易于使釩、鈮在硼砂溶液中懸浮，利于工件基體表面吸收熔鹽中的釩、鈮金屬原子。硼砂的分解溫度為1530℃，本生產(chǎn)方法的工作溫度遠(yuǎn)低于其分解溫度硼砂不產(chǎn)生任何公害、易于環(huán)保。
上述的五氧化二釩的粒度為0.043～0.124mm，五氧化二鈮的粒度為0.043～0.124mm，，鋁粉粒度為0.124～0.246mm。
上述的淬火工序時(shí)采用40～70℃淬火油進(jìn)行油淬。
上述的淬火工序時(shí)采用中性鹽溶進(jìn)行第一級(jí)淬火后再用硝鹽進(jìn)行第二級(jí)淬火，第一次淬火時(shí)淬火介質(zhì)可采用BaCl2、NaCl、KCl等，可降低工件變形量和開裂趨勢(shì)，第二級(jí)淬火時(shí)淬火介質(zhì)可采用NaNO3、KNO3等，可增加回火穩(wěn)定性，第一級(jí)淬火及第二級(jí)淬火根據(jù)材料的種類和工件基體的大小確定溫度和保溫時(shí)間，方法同常規(guī)熱處理同。
本發(fā)明中鈮較易溶于NaOH2溶液且能抑制偏釩酸鋇的生成，從而徹底解決了硼砂熔鹽滲金屬的清洗難題，降低了清洗難度，清洗時(shí)間較過(guò)去的試驗(yàn)可縮短一半；通過(guò)試驗(yàn)和生產(chǎn)證明，釩鈮共滲可比單滲鈮更能促進(jìn)和加快滲層的生成，比單滲釩能獲得較高的硬度。從而縮短了生產(chǎn)周期、節(jié)約能源又提高了耐磨性；鈮作為滲劑添加在含釩的硼砂熔鹽中能保證在相對(duì)較高淬火溫度時(shí)控制晶粒尺寸，從而起到奧氏體晶粒細(xì)化，增加致密度的作用；鈮、釩同一些原子半徑小元素如硼、碳、氮等生成的化合物都具有很高的熔點(diǎn)，能增加被滲金屬材料表面的硬度；本發(fā)明以硼砂熔鹽為載體，其中熔入釩、鈮，在置于硼砂熔鹽的表面滲入釩、鈮兩種金屬形成含釩鈮的釩鈮金屬碳化層，具有如下優(yōu)點(diǎn)(一)、表面硬度大大提高，全面解決磨損、耗毛等現(xiàn)象。同等工況下，使用壽命平均提高十倍以上；很多領(lǐng)域可取代硬質(zhì)合金。
(二)、與基體冶金結(jié)合，表面出最優(yōu)異的抗剝離性；(三)、可反復(fù)處理；(四)、不論工件形狀如何，都能形成均勻的被覆層，處理過(guò)程中工件變形較??；(五)、被覆后的表面粗糙度與處理前大致相同，金屬工件表面加工光滑，處理后可直接使用。
(六)、應(yīng)用范圍廣，應(yīng)用于模具、機(jī)械、電子、汽車零部件、五金、標(biāo)準(zhǔn)件、鋼管等行業(yè)既要求耐磨又要求有韌性的模具等；可作鋼鐵、機(jī)械、航空天、金屬加工等行業(yè)對(duì)一些既要求高耐磨又要求高韌性的特殊零部件?？勺麂撹F、機(jī)械、航空天、金屬加工等行業(yè)對(duì)一些既要求高耐磨又要求高韌性的特殊零部件。作模具的本發(fā)明金屬工件使用壽命長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)進(jìn)口模具材料用普通熱處理方式加工的模具(工件)的使用壽命，通過(guò)國(guó)內(nèi)汽車零部件、鋼管、彈簧制造行業(yè)的模具、標(biāo)準(zhǔn)件、機(jī)械部件用戶近三年應(yīng)用證明以磨損失效的工件本發(fā)明復(fù)合滲金屬處理后在同等工況下平均其使用壽命比傳統(tǒng)熱處理方式提高10倍以上，其使用壽命大大超過(guò)硬質(zhì)合金。
本發(fā)明金屬工件表面硬度高，可達(dá)3000HV以上，使用壽命長(zhǎng)。本發(fā)明方法生產(chǎn)金屬工件周期短、環(huán)保、節(jié)能。


圖1為本發(fā)明金屬工件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1參見圖1，本實(shí)施例1金屬工件由含碳量2.0～2.3％，淬火溫度950～980℃的Cr12基體1及在基體表面滲入釩、鈮金屬形成的含釩鈮的金屬碳化層2組成。
本實(shí)施例1金屬工件的生產(chǎn)方法包括如下步驟1)，按質(zhì)量百分比配料四硼酸二鈉 82％，五氧化二釩 8％，五氧化二鈮 5％，鋁 粉 5％。
2)，化鹽900～950℃硼砂脫水后，分別加入五氧化二釩、五氧化二鈮及鋁粉，保溫2～3小時(shí)；3)，在甲醇(或汽油或清洗劑)中進(jìn)行工件基體的清洗；4)，可在500～570℃條件下對(duì)工件基體預(yù)熱2小時(shí)，采用井式或箱式爐；5)，將工件基體裝入滲金屬爐中，入爐溫度850～900℃；6)，滲金屬在950±10℃下保溫5～6小時(shí)；7)，隨爐升溫度960±10℃溫至淬火保溫，保溫時(shí)間1小時(shí)；8)，采用淬火40～70℃普通淬火油；9)，采用100℃工業(yè)用水進(jìn)行清洗；10)，180～210℃回火2次，每次回火4小時(shí)，方法同常規(guī)熱處理同；11)，采用工業(yè)用水+3％NaNO2溶液進(jìn)行清洗12)，拋光13)，檢驗(yàn)合格即為以硼砂熔鹽為載體表面滲入釩鈮而形成含有釩鈮的金屬碳化層的金屬工件。
上述的五氧化二釩的粒度為0.043～0.124mm，五氧化二鈮的粒度為0.043～0.124mm，鋁粉粒度為0.124～0.246mm。
實(shí)施例2本實(shí)施例2金屬工件的結(jié)構(gòu)基本與實(shí)施例1同，不同處是金屬工件基體為含碳量1.45～1.7％，淬火溫度1000～1040℃的Cr12MoV。
本實(shí)施例2金屬工件的生產(chǎn)方法如下本發(fā)明的方法包括如下步驟1)，按質(zhì)量百分比配料四硼酸二鈉 80％，五氧化二釩 10％，五氧化二鈮 5％，鋁 粉 5％。
2)，化鹽900～950℃硼砂脫水后，分別加入五氧化二釩、五氧化二鈮及鋁粉，保溫2～3小時(shí)；3)，在甲醇或汽油中進(jìn)行工件基體的清洗；4)，在500～570℃條件下對(duì)工件基體預(yù)熱，可采用井式或箱式爐；5)，將工件基體裝入滲金屬爐中，入爐溫度850～900℃；6)，滲金屬在950℃下保溫5～6小時(shí)；7)，隨爐升降溫至淬火溫度1010±10℃，保溫1小時(shí)；8)，淬火可采用40～70℃普通淬火油；9)，清洗可采用100℃工業(yè)用水進(jìn)行清洗；10)，180～210℃溫度下回火2次，每次回火時(shí)間4小時(shí)，方法同常規(guī)熱處理同；11)，用工業(yè)用水+3％NaNO2進(jìn)行清洗；12)，拋光13)，檢驗(yàn)合格即為以硼砂熔鹽為載體表面滲入釩鈮而形成含有釩鈮的金屬碳化層的金屬工件。
上述的五氧化二釩的粒度為0.043～0.124mm，五氧化二鈮的粒度為0.043～0.124mm，鋁粉粒度為0.124～0.246mm。
實(shí)施例3本實(shí)施例3金屬工件的結(jié)構(gòu)基本與實(shí)施例1同，不同處是金屬工件基體為含碳量0.95～1.05％，淬火溫度920～980℃的Cr5MolV。
本實(shí)施例3金屬工件的生產(chǎn)方法包括如下步驟1)，按質(zhì)量百分比配料
四硼酸二鈉 85％，五氧化二釩 5％，五氧化二鈮 5％，鋁 粉 5％。
2)，化鹽900～950℃硼砂脫水后，分別加入五氧化二釩、五氧化二鈮及鋁粉，保溫2～3小時(shí)；3)，在甲醇(或汽油或清洗劑)中進(jìn)行工件基體的清洗去油污；4)，采用井式或箱式爐在500～570℃條件下對(duì)工件基體預(yù)熱2小時(shí)，5)，將工件基體裝入滲金屬爐中，入爐溫度850～900℃；6)，滲金屬在950℃下保溫5～6小時(shí)；7)，隨爐升溫至淬火溫度960±10℃，保溫時(shí)間1小時(shí)；8)，采用40～70℃普通淬火油淬火；9)，采用100℃工業(yè)用水進(jìn)行清洗；10)，180～210℃回火2次，每次回火時(shí)間4小時(shí)，方法同常規(guī)熱處理同；11)，清洗12)，拋光13)，檢驗(yàn)合格即為以硼砂熔鹽為載體表面滲入釩鈮而形成含有釩鈮的金屬碳化層的金屬工件。
上述的五氧化二釩的粒度為0.043～0.124mm，五氧化二鈮的粒度為0.043～0.124mm，，鋁粉粒度為0.124～0.246mm。
經(jīng)過(guò)一汽、寶鋼、GE、FORO、VOLKSWAGEN、TOYOTA、HONDA、SUZUKI等供應(yīng)鏈的客戶和國(guó)內(nèi)眾多國(guó)防工業(yè)的試用，以磨損為主要失效形式的本發(fā)明金屬工件如模具、標(biāo)準(zhǔn)件、機(jī)械部件其使用壽命在同等工況下較傳統(tǒng)熱處理方式平均提高10倍以上，可廣泛應(yīng)用于模具、機(jī)械、電子、汽車零部件、五金、標(biāo)準(zhǔn)件、鋼管等行業(yè)。
上述各實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容作進(jìn)一步的說(shuō)明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于上述實(shí)施例。凡基于上述內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.以硼砂熔鹽為載體表面復(fù)合滲入釩鈮的金屬工件，該金屬工件是將含碳量大于0.4％、淬火溫度高于850℃的金屬工件基體置于含釩、鈮及鋁粉的硼砂熔鹽中，通過(guò)硼砂熔鹽中的金屬原子和工件基體中的碳、氮原子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，擴(kuò)散在工件基體表面形成含有釩鈮的金屬碳化層的金屬工件。
2.如權(quán)利要求1所述的以硼砂熔鹽為載體表面復(fù)合滲入釩鈮的金屬工件的生產(chǎn)方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)，按質(zhì)量百分比配料四硼酸二鈉80～90％，五氧化二釩3～6％，五氧化二鈮3～6％，鋁 粉3～6％。2)，化鹽900～950℃硼砂脫水后，分別加入五氧化二釩、五氧化二鈮及鋁粉，保溫2～3小時(shí)；3)，在甲醇或汽油中進(jìn)行工件基體的清洗；4)，在500～570℃條件下對(duì)工件基體預(yù)熱；5)，將工件基體裝入滲金屬爐中，入爐溫度800～900℃6)，滲金屬在850～1050℃下保溫4～16小時(shí)；7)，隨爐升溫或降溫至淬火溫度，保溫；8)，淬火；9)，清洗；10)，回火；11)，清洗；12)，拋光；13)，檢驗(yàn)合格即為以硼砂熔鹽為載體表面滲入釩鈮而形成含有釩鈮的金屬碳化層的金屬工件。
3.如權(quán)利要求2所述的以硼砂熔鹽為載體表面復(fù)合滲入釩鈮的金屬工件，其特征在于五氧化二釩的粒度為0.043～0.124mm，五氧化二鈮的粒度為0.043～0.124mm，鋁粉粒度為0.124～0.246mm。
4.如權(quán)利要求2或3所述的以硼砂熔鹽為載體表面復(fù)合滲入釩鈮的金屬工件的生產(chǎn)方法，其特征在于淬火工序時(shí)采用40～70℃淬火油進(jìn)行油淬。
5.如權(quán)利要求2或3所述的以硼砂熔鹽為載體表面復(fù)合滲入釩鈮的金屬工件的生產(chǎn)方法，其特征在于淬火工序時(shí)采用中性鹽溶進(jìn)行第一級(jí)淬火后再用硝鹽進(jìn)行第二級(jí)淬火。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種以硼砂熔鹽為載體表面復(fù)合滲入釩鈮的金屬工件。該金屬工件是將含碳量大于0.4％、淬火溫度高于850℃的金屬工件基體置于含釩、鈮及鋁粉的硼砂熔鹽中，通過(guò)硼砂熔鹽中的金屬原子和工件基體中的碳、氮原子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，擴(kuò)散在工件基體表面形成含有釩鈮的金屬碳化層的金屬工件。表面硬度高，可達(dá)3000HV以上，使用壽命長(zhǎng)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是為了提供環(huán)保、節(jié)能，生產(chǎn)周期短的以硼砂熔鹽為載體表面復(fù)合滲入釩鈮的金屬工件的生產(chǎn)方法。
文檔編號(hào)C23C10/26GK1876887SQ20061002133
公開日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2006年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月7日
發(fā)明者許斌 申請(qǐng)人:成都金品科技發(fā)展有限公司