“盐浴渗金属工艺”的概念、定义、翻译、参考文献-科学参考

单词

盐浴渗金属工艺

释义

【盐浴渗金属工艺】

盐浴渗金属方法有以下几种：

1．硼砂盐浴渗金属法。硼砂盐浴渗金属的盐浴主要成分是硼砂，硼砂浴中所添加的V-Fe、Nb-Fe、Cr-Fe能溶于硼砂盐浴，并可使工件表层形成V、Nb、Cr的碳化物层，常用的配方有：80%～90%脱水硼砂+10%～20%V-Fe(60～150目)(多数选用15V%－Fe)。盐浴中含V量应保持在10%左右。当盐浴中出现老化，渗速衰减时可添加Al、Fe-Si、Si-Ca等合金粉末还原，以恢复盐浴的活性。在硼砂浴中直接添加形成碳化物元素的金属粉末，可形成碳化物层。在熔融硼砂中添加V₂O₅、Nb₂O₅和Cr₂O₃，同时加入还原剂(如Al、Si、Ca等)，也可形成碳化物层。加入的Al、Si、Ca等能使V₂O₅或Nb₂O₅还原生成V或Nb。其配方为：脱水硼砂+9%～15%V₂O₅+5%～8%Al，常用的成分为10%V₂O₅+5%Al。盐浴老化后，可加入盐浴总重的0．2%～0．8%铝粉还原，以恢复盐浴活性。

英国曾公布硼砂盐浴渗硼工艺专利，在熔融硼砂中加入V₂O₅、Nb₂O₅、Cr₂O₃和B₁或CFe-B进行渗金属，其中B₁C、Fe^-B是还原剂。当B₄C的硼量为V₂O₅的7%～25%wt或Fe-B的硼量为V₂O₅%的7%～35%wt时，可形成VC层；硼含量超过这一比例时，则在BC层下面会形成Fe₂B层。有报导采用72%脱水硼砂+10%V₂O₅+3%B₄C+15%Na₂SiF₆作渗剂进行渗硼。加入Na₂SiF₆目的为改善流动性。用硼砂盐浴渗钒、渗铌或渗铬的温度为900～1000℃，保温时间为3～6h，渗层厚度为5～20μm。

2．中性盐浴和碳酸盐盐浴渗金属法。在22．2%KCl+22．2%NaCl+44．4%Fe-V粉+11．2%Al₂O₃组成的盐浴中，15、45及T8钢在1000℃下处理2～7h，可得到表层为V₂C，次层为VC的碳化物。渗层随钢中含碳量增加，V₂C层厚不变，而VC增厚。当温度为1000℃时，则V₂C、VC层均随保温时间的延长而增厚。在KCl+NaCl中性盐中添加钛铁或铬铁可形成TiC和铬的碳化物渗层；但在添加铌铁粉的中性盐中，处理15、45、T8钢时，表面均未能得到NbC层。

在95%(KCl+BaCl₂)+5%K₂TiF₆盐浴中处理时，可形成硬度为4000～5000HV的TiC层，比用其他比例的混合氯化盐有更好的渗钛效果。但钢的含碳量对TiC层有很大的影响，只有当钢中的含碳量在1．0%以上时才能形成高硬度的TiC。吉林工学院用上述盐浴，对T8、T10、T12、Cr12、W₆Mo₅Cr₄V₂钢及WC₅₀CrMo钢结硬质合金进行渗金属试验，得到了高硬度的TiC层。山东工业大学在8%～15%TiO₂+2%～8%Al+5%～112%Re-Mg+4%～12%AlF₃+8%～15%ReClx+10%～30%BaCl₂+KCl的盐浴中，对T12钢进行950C×4h的处理，可得到10～14μm厚的TiC层。在20%NaCl+20%KCl+10%Na₂CO₃+10%Al₂O₃+40%Fe-V(或40%Fe-Nb)盐浴中，对15、45及T8钢在1000℃下处理1～5h后，均能形成VC或NbC层。如将Na₂CO₃改用K₂CO₃、BaCO₃、Li₂CO₃及BaO时，也可能形成VC或NbC层。由于碳酸盐分解的金属氧化物Na₂O、K₂O、BaO能促进Nb在中性盐中的溶解，因而添加BaO也能形成NbC层，但以Na₂CO₃、K₂CO₃的催渗效果最好。在NaCl+Na₂CO₃盐浴中加入钨铁、钛铁或钼铁和Al₂O₃混合物，在1000℃加热，可分别得到WC、TiC和MoC的碳化物渗层。

前联邦德国Ulrich Baudis的渗铌用中性盐浴，是以BaCl₂50%～100%加碱金属或碱土金属卤化物，或者两者的混合物为基盐，以钒粉1%～30%wt或钒铁粉为供钒剂。专利中还指出，钒铁合金粉末应尽可能细(＜150目)，还须借助于机械方法进行搅拌并通入惰性气体(如N₂或Ar)作保护。这种盐浴腐蚀性、粘度小，温度较均匀，粘盐易清洗。

3．混合盐浴渗金属法。混合盐浴指的是将硼砂和中性盐按一定比例混合起来的盐浴，通常以中性盐为主，加入少量硼砂。日本内田宪正对此进行了研究，表1为渗剂配方。为了进一步提高工件渗钒层的均匀性，他在上述盐浴中加入2%～10%wt钒酸盐，据称结果很好。但渗剂成本大大提高。专利还提到了渗铌、渗铬等工艺配方。中国武汉水运工程学院也研制了一种混合盐浴渗钒、渗铬及铬钒共渗剂。T12钢经950C×4h渗钒，渗层达10μm，且盐浴均匀，抗老化性能较好。山东工业大学1988年研制了一种混合盐浴渗钒剂，配方为9%～20%V₂O₃+3%～8%Si-Ca-Re+2%～5%Al+1%～3%SiC+2%～7%CaF₂+4%～8%Na₂B₄O₇(脱水)+其余BaCl₂。T10钢经950C×4h处理后，渗层可达10μm。西南交通大学研制的混合盐浴渗钒剂的配方为90%BaCl₂+5%NaCl+6%～8%V₂O₅+2%～3%Na₂B₄O₇+少量铝粒。

表1 混合盐浴渗钒剂配方

4．低温氯化盐浴渗金属法。新井透研究的低温氯化盐浴法是将工件先渗氮，再浸入550～700℃低温氯化盐浴中处理，使工件在表面得到钒的碳氮化合物。常用的配方为NaCl(33wt%)+CaCl₂(67wt%)+钒(或钒铁、VCl₃粉末、350目)。1045渗氮钢在含15wt%钒粉末的盐浴中经700℃×8h处理后，可得到10μm厚的钒的碳氮化合物层。渗层组织从外到里依次为V(C、N)、V₂(N、C)和铁钒碳氮化合物。

5．内热式中性盐浴渗金属法。山东工业大学研究了用内热式电极盐浴渗钒，所研制的渗钒盐浴对炉衬和电极浸蚀轻微，流动性好。T12钢经950C×4h处理后，可获得16μm厚的VC渗层。

由于金属碳化物渗层具有很高的硬度、优异的耐磨性、良好的抗咬合性和耐蚀性，而且盐浴法具有操作方便、设备投资费用低、环境污染轻、被渗的零件可重复处理等特点，因而越来越受到人们的重视，应用范围不断扩大。但应用最多的还是硼砂盐浴法。TD法在日本已得到了广泛应用。已用在机械零件、压力加工模具、铸模、刀具、粉末冶金模具以及塑料、化纤维、橡胶等工业部门的工具模具中，可提高工模具寿命几倍乃至几十倍。此外，采用盐浴处理的某些钢制工具可代替部分硬质合金，不仅使用性能好，而且加工性能好，不易被损坏。盐浴渗金属在中国也得到了发展和应用，取得了较好效果。但主要应用于模具，很少应用于机械零件，没有得到大的推广应用。

今后对盐浴渗金属工艺应做好以下工作：

1．开展内热式盐浴渗金属的应用研究。由于外热式盐炉的坩埚寿命短，热效率低等原因，致使盐浴渗金属工艺大都未能在中国得到推广应用。近几年来，国外试验研究电极盐浴渗硼，不用坩埚，渗速快，渗层均匀，操作方便，易于推广应用。中性盐浴渗金属的研究，为采用内热式电极盐炉创造了有利条件。因此，内热式盐浴渗金属应该是渗金属的发展方向。

2．开展低温盐浴渗金属的应用研究。不论是硼砂盐浴或中性盐浴，渗金属的温度都相当高(800～1200℃)，工件变形大，基体金属组织晶粒粗大，心部性能有所降低，而且能源消耗量大。新井透研究成功低温金属碳氮化合物的温度，是很好的尝试。降低盐浴渗金属的温度，实现低温渗金属，可将渗金属放在工具热处理的最后工序，这将是盐浴渗金属的又一发展方向。

3．开展金属盐浴共渗研究。单渗一种金属，性能比较单一，不能满足使用性能的要求。例如单一渗钒，虽有良好的耐磨性、抗咬合性和抗蚀性，但抗氧化性较差，500℃以上VC就开始被氧化，而铬碳化物则有良好的抗氧化性，900℃以上也很少被氧化。因此，如果工件要在900℃以上服役，又要求耐磨，单一渗钒不能满足这个要求，而铬钒共渗具有VC和铬碳化物两者优异的性能，能很好地满足要求。此外，金属二元或多元共渗还能改变渗层硬度梯度分布，降低渗层脆性。例如单渗钛，渗层脆性较大，而钛铬共渗脆性就较低。因此在渗层结构和性能方面，盐浴共渗有可能成为盐浴渗金属的发展方向。

(山东工业大学张来启、孙希泰撰)

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