[发明专利]一种钛表面固体渗硼用渗硼剂及渗硼工艺

说明书

技术领域

本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种钛表面固体渗硼用渗硼剂及渗硼工艺。

背景技术

金属钛具有重量轻、强度高、良好的耐腐蚀能力等优点，其金属材料在许多方面都有着广泛的应用，包括航天、军事、汽车、医疗器械、运动用品、手机等。然而，钛的抗磨损能力差，高温条件下易氧化和吸氢，导致钛器件性能变差甚至失效，使用寿命降低。近年来，通过钛表面改性来强化钛的摩擦学性能、耐高温、耐蚀性能成为了相关领域专家的研究焦点。钛表面渗硼处理后，表面形成的TiB₂、TiB具有较高的硬度、良好的抗磨损性、良好的导电性以及耐腐蚀性能。因此，渗硼是一种强化钛及钛合金材料表面性能，提高其使用寿命的良好方法。

固体渗硼法工艺简单，流程短。而且，固体渗硼法处理复杂形状工件时，也可以得到厚度均匀的渗层组织。因此，目前工业上最受青睐的是固体渗硼法，应用最为广泛的也是该法，其他渗硼方法一般仅停滞于实验室研究。传统的固体渗硼法一般在固体粉末中进行，渗硼剂中由供硼剂产生的B原子需要通过固-固扩散迁移到工件表面，而固-固扩散过程极其缓慢，因此渗硼效率较低。同时，虽然渗硼过程中一般会采用惰性保护气氛，但是在氧分压较低的条件下一些金属(如Ti、Al)也会被氧化，阻碍B向基体内扩散。而且，固体渗硼时多要用到KBF₄等氟硼酸盐作为活化剂，而氟硼酸盐在渗硼时会分解产生BF₃等极具毒性的气体，污染环境，威胁操作者人身安全，而且氟化物对某些材质(如Ti)的工件有腐蚀作用。另外，传统方法渗硼后，工件表面附着物难清理干净，这可能会影响工件的后续使用。

本发明为解决上述问题，提出了一种钛表面固体渗硼用渗硼剂及渗硼工艺，该渗硼剂可以为B在渗硼剂中的扩散提供液相通道，加速B的扩散，且可保护工件不被氧化，提高渗硼效率；同时该渗硼剂不含氟化物，不会产生对环境有污染的物质，且渗硼剂易与工件分离。

发明内容

本发明的目的在于针对目前固体渗硼中存在的缺陷，提供一种渗硼效率高，渗硼工件易清理，渗硼过程无污染，可得到厚度大且均匀的渗层的钛表面固体渗硼用渗硼剂及渗硼工艺。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种钛表面固体渗硼用渗硼剂，渗硼剂由以下组分组成：5～93.9wt.％硼源、5～25wt.％低熔点化合物、1～10wt.％固氧剂、0.1～89wt.％稀释剂，其中硼源包括无定形硼、晶体硼、硼铁中的一种或多种，低熔点化合物包括B₂O₃、Na₂B₄O₇、Na₂B₂O₄、K₂B₄O₇、K₂B₂O₄、Li₂B₄O₇、K₂CO₃、Na₂CO₃中的一种或多种，固氧剂包括Al粉、Mg粉中的一种或两种，稀释剂包括Al₂O₃、MgO中的一种或两种。

硼源的优选比例范围为60～93wt.％，优选无定形硼。

低熔点化合物的优选比例范围为5～15wt.％，优选B₂O₃、Na₂B₄O₇、Na₂B₂O₄、K₂B₄O₇、K₂CO₃、Na₂CO₃中的一种或多种。

固氧剂的优选比例范围为1～6wt.％。

稀释剂的优选比例范围为1～25wt.％。

使用所述的渗硼剂的钛表面固体渗硼工艺，

(1)按配比称取渗硼剂各组分，混合均匀，备用；

(2)钛工件表面预处理，备用；

(3)将混合均匀后的渗硼剂置于渗硼罐中，并将工件填埋在渗硼剂中，升温到目标温度，保温，冷却，取出工件，清理工件表面附着的渗硼剂。