[发明专利]一种渗硼剂及电场辅助低温制备单相Fe2

说明书

本发明属于表面强化耐磨渗层技术领域，公开了一种渗硼剂及电场辅助低温制备单相Fe2B渗层的方法。所述渗硼剂由供硼剂B₄C、活化剂KBF₄和填充剂α‑Al₂O₃组成，并可添加Ni粉。采用本发明的渗硼剂通过电场辅助低温制备单相Fe2B渗层的方法，渗硼温度在650～850℃仍可得到较厚的单相Fe₂B渗硼层，厚度比直接渗硼大8～10倍，而且为致密单相Fe₂B渗层。电场辅助对渗硼罐内的温度升高很小，只比炉内温度高10～50℃。因渗硼温度显著降低，表层的孔洞和疏松基本消失。渗硼层的韧性得到显著提高。

技术领域

本发明属于表面强化耐磨渗层技术领域，具体涉及一种渗硼剂及电场辅助低温制备单相Fe₂B渗层的方法。

背景技术

钢铁制品经渗硼后能获得高温硬度高、抗高温氧化和腐蚀性能好等优越性能，具有广阔的应用前景。然而渗硼层脆性大，只有获得较厚的Fe₂B单相渗层才能有较好的应用前景。传统固体渗硼方法需在高温进行，降低渗硼温度易导致渗硼层厚度不足，难以满足实际应用要求；高温渗硼时表层易形成脆性FeB 相，并在表面形成疏松孔洞层。高温渗硼的能耗高，渗硼设备寿命短等诸多问题极大限制渗硼层应用扩展。

在渗硼剂中施加交流电场，可在保证相近渗硼层厚度的情况下显著降低渗硼温度。交流电场对高温渗硼剂的作用有两个，一个是电流热效应，其主要作用是提高渗硼剂的温度来促进渗硼，与提高加热温度没有本质区别，例如热效应造成的温度过高仍会促进脆性FeB相和孔洞疏松层的形成等；另一个是电压促进渗硼剂活性剂分解来提高渗硼速度，是可以在不提高渗硼剂温度的前提下促进渗硼。在已公布的电场加速低温渗硼工艺中用均为SiC粉末作渗硼填充剂， SiC在渗硼剂中含量超过80wt％，然而SiC是在500℃以上时是良导体，并且随温度身高电阻率急速降低，加上KBF₄活化剂在530℃以上时完全熔化并分解，渗硼剂的电阻率很低，所施加的交流电场大部分转化为焦耳热，渗硼剂中的温度有显著升高并促使电阻率进一步降低，形成恶性循环。渗硼剂两段电压显著降低，电场加速渗硼部分的效果不显著。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种渗硼剂。该渗硼剂用氧化铝作填充剂，消除SiC作填充剂时焦耳热效应，渗硼剂两端电压显著提升，提高电场加速渗硼效果。

本发明的另一目的在于提供一种采用上述渗硼剂通过电场辅助低温制备单相Fe₂B渗层的方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种渗硼剂，由供硼剂B₄C、活化剂KBF₄和填充剂α-Al₂O₃组成。

进一步地，所述渗硼剂中还添加Ni粉。添加Ni粉能有效吸收渗硼初期的高硼势，至后期又释放硼势，维持平缓渗硼势功能，扩宽单相Fe₂B层制备的工艺窗口。

进一步地，所述B₄C含量为5～15wt.％，KBF₄含量为8～15wt.％，其余为α -Al₂O₃粉末；添加Ni粉时，Ni粉的添加量为1.25～1.75wt.％。

进一步地，所述α-Al₂O₃为市售99.9wt.％刚玉粉，并经1200℃灼烧处理 120min，以消除粉末中残存的少量亚稳相。

进一步地，所述B₄C粒径为100～150μm，α-Al₂O₃粒径为100～150μm；添加Ni粉时，所述Ni粉粒径为100～150μm。