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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410765715.6(22)申请日 2014.12.12C23C 8/70(2006.01)C23C 8/02(2006.01)(71)申请人 西安理工大学地址 710048 陕西省西安市金花南路 5 号(72)发明人 葛利玲(74)专利代理机构 西安弘理专利事务所 61214代理人 李娜(54) 发明名称一种 Q235 钢快速渗硼的方法(57) 摘要本发明公开了一种 Q235 钢快速渗硼的方法，首先采用超音速微粒轰击技术对 Q235 钢单面表面进行喷丸处理，使喷丸面的组织细化到纳米级，然后采用由 10 15的供硼剂、10 15的。
2、渗硼活化剂、8 12的氧化铈、15 25的活性碳、40 55的碳化硅组成的粉末渗硼剂在渗硼密封罐中对Q235钢进行渗硼处理。本发明将工件表面喷丸纳米化后再结合快速渗硼剂进行渗硼的方法，不仅降低了渗硼温度，缩短了渗硼时间，并可在相同渗硼工艺条件下获得较更深的渗硼层，且获得的渗硼层为致密度高、性能好的 Fe2B 单相硼化物，达到了节能减排，降低成本的目的。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书5页 附图2页(10)申请公布号 CN 104451536 A(43)申请公布日 2015.03.25CN 104451536 A1/1 页21.。
3、一种 Q235 钢快速渗硼的方法，其特征在于，包括以下步骤 ：步骤 1 ：Q235 钢的表面处理1.1，采用超音速微粒轰击技术对 Q235 钢单面表面进行喷丸处理 ；1.2，将喷丸处理后的 Q235 钢在超声波清洗机中用丙酮清洗 ；步骤 2 ：制备粉末渗硼剂按质量分数计，称取供硼剂 10 15，渗硼活化剂 10 15，氧化铈 8 12，活性碳 15 25，碳化硅 40 55混合均匀，制得粉末渗硼剂，并将粉末渗硼剂在 100下烘干1h；步骤 3 ：对步骤 1 中表面处理后的 Q235 钢试样进行渗硼处理，具体工艺如下 ：3.1，将渗硼密封罐在 100下烘干 1 1.5h ；3.2，将 Q235 。
4、钢埋入装有步骤 2 制备的粉末渗硼剂的渗硼密封罐中，在马弗炉中 550 600下保温 1.5 2.5h 后随炉升温至 800 900继续保温 1 2h 进行渗硼处理，渗硼完成后将渗硼密封罐从马弗炉中取出，在空气中空冷至常温，即完成。2.根据权利要求 1 所述的一种 Q235 钢快速渗硼的方法，其特征在于，所述超音速微粒轰击技术对 Q235 钢单面表面进行喷丸处理的工艺为 ：工作气压 0.5MPa，直径为 0.3mm 的S110 不锈钢弹丸，轰击时间为 30min。3.根据权利要求 1 所述的一种 Q235 钢快速渗硼的方法，其特征在于，所述的供硼剂选自碳化硼、硼铁、三氧化二硼、硼砂中的一种。4。
5、.根据权利要求 1 所述的一种 Q235 钢快速渗硼的方法，其特征在于，所述的渗硼活化剂选自氟硅酸钠、氯化铵、氟化钾、氟硼酸钾、碳酸钠、碳酸氢胺、硫脲中的一种。权 利 要 求 书CN 104451536 A1/5 页3一种 Q235 钢快速渗硼的方法技术领域0001 本发明属于材料改性技术领域，具体涉及一种 Q235 钢快速渗硼的方法。背景技术0002 渗硼工艺可分为固体法、液体法、气体法、离子法等，目前国内外多普遍采用固体渗硼法，特别是粉末渗硼，它具有不需要特殊设备、工艺简单、实施容易、渗后工件不需要清洗、渗剂重复使用性好、钢铁工件均可渗硼等优点，采用粉末渗硼法渗硼后工件均可获得高硬度的硼化。
6、物层，且渗层厚度与组织容易控制，因此，其是一种成本较低、投资少见效快的渗硼方法，也是目前比较价廉地获得耐磨、耐热、抗蚀性能的热处理方法，非常具有发展前途。但是，固体渗硼的工艺参数只有温度和时间，渗硼温度一般在 850 1050，时间 3 16h，温度高、时间长，既耗能又费时，不符合节能减排的现代生产理念，实现低温、短时渗硼技术是目前急于解决的技术“瓶颈”。0003 另外，对于渗硼后工件的结构方面，通过渗硼工艺控制可获得单一的 Fe2B 化合物层或 FeB+Fe2B，由于 Fe2B 较 FeB 相脆性较小，加之两相组织会在两个不同的金属间化合物产生较大的应力，实际应用时获得单相 Fe2B 组织是。
7、技术上所希望的。发明内容0004 本发明的目的是提供一种 Q235 钢快速渗硼的方法，解决了现有技术中渗硼方法存在的温度高、时间长及不易获得单相 Fe2B 组织的技术问题。0005 本发明所采用的技术方案是，一种 Q235 钢快速渗硼的方法，包括以下步骤 ：0006 步骤 1 ：Q235 钢的表面处理0007 1.1，采用超音速微粒轰击技术对 Q235 钢单面表面进行喷丸处理 ；0008 1.2，将喷丸处理后的 Q235 钢在超声波清洗机中用丙酮清洗 ；0009 步骤 2 ：制备粉末渗硼剂0010 按质量分数计，称取供硼剂 10 15，渗硼活化剂 10 15，氧化铈 8 12，活性碳 15 2。
8、5，碳化硅 40 55混合均匀，制得粉末渗硼剂，并将粉末渗硼剂在 100下烘干 1h ；0011 步骤 3 ：对步骤 1 中表面处理后的 Q235 钢试样进行渗硼处理，具体工艺如下 ：0012 3.1，将渗硼密封罐在 100下烘干 1 1.5h ；0013 3.2，将 Q235 钢埋入装有步骤 2 制备的粉末渗硼剂的渗硼密封罐中，在马弗炉中550 600下保温 1.5 2.5h 后随炉升温至 800 900继续保温 1 2h 进行渗硼处理，渗硼完成后将渗硼密封罐从马弗炉中取出，在空气中空冷至常温，即完成。0014 本发明的特点还在于，0015 超音速微粒轰击技术对Q235钢进行单面表面喷丸处理。
9、的工艺为：工作气压0.5MPa，直径为 0.3mm 的 S110 不锈钢弹丸，轰击时间为 30min。0016 供硼剂选自碳化硼、硼铁、三氧化二硼、硼砂中的一种。说 明 书CN 104451536 A2/5 页40017 渗硼活化剂选自氟硅酸钠、氯化铵、氟化钾、氟硼酸钾、碳酸钠、碳酸氢胺、硫脲中的一种。0018 本发明的有益效果是，所采用的粉末渗硼剂中的渗硼活化剂和氧化铈的协同效应加快了渗硼剂对 Q235 钢渗硼过程，此外，将工件表面喷丸纳米化后再结合快速渗硼剂进行渗硼的方法，不仅降低了渗硼温度，缩短了渗硼时间，并可在相同渗硼工艺条件下获得更深的渗硼层，且获得的渗硼层为致密度高、性能好的 Fe。
10、2B 单相硼化物。因此，采用本发明的渗硼方法获得的渗硼层表面硬度高，硬度梯度好，达到了节能减排，降低成本的目的。附图说明0019 图 1 是 Q235 钢在渗硼温度为 600下渗硼 2h 后的横截面显微组织形貌图 ；0020 图 2 是本发明中的 Q235 钢在渗硼温度为 600下渗硼 2h 后又升温至 900渗硼2h 后的横截面显微组织形貌图 ；0021 图 3 是本发明中的 Q235 钢在渗硼温度为 600下渗硼 2h 后又升温至 900渗硼2h 后带有显微压痕的横截面显微组织形貌图 ；0022 图 4 是本发明中的 Q235 钢的喷丸面在渗硼温度为 600下渗硼 2h 后又升温至900渗。
11、硼 2h 后的表层 X- 射线衍射谱图。具体实施方式0023 以下结合附图和具体实施方式对本发明进行详细的说明。0024 本发明的一种 Q235 钢快速渗硼的方法，包括以下步骤 ：0025 步骤 1 ：Q235 钢的表面处理0026 采用超音速微粒轰击技术对 Q235 钢单面表面进行喷丸处理，其工艺为 ：工作气压0.5MPa，直径为 0.3mm 的 S110 不锈钢弹丸，轰击时间为 30min，使喷丸面的组织细化到纳米级；0027 1.2，将喷丸处理后的 Q235 钢在超声波清洗机中用丙酮在清洗，保持 Q235 钢试样表面干净 ；0028 步骤 2 ：制备粉末渗硼剂0029 按质量分数计，称取。
12、供硼剂 10 15，渗硼活化剂 10 15，氧化铈 8 12，活性碳 15 25，碳化硅 40 55混合均匀，制得粉末渗硼剂，并将粉末渗硼剂在 100下烘干 1h ；0030 步骤 3 ：对步骤 1 中喷丸后的 Q235 钢试样进行渗硼处理，具体工艺如下 ：0031 3.1，将渗硼密封罐在 100下烘干 1 1.5h ；0032 3.2，将 Q235 钢埋入装有步骤 2 制备的粉末渗硼剂的渗硼密封罐中，在马弗炉中550 600保温 1.5 2.5h 后随炉升温到 800 900继续保温 1 2h 进行渗硼处理，渗硼完成后将渗硼密封罐从马弗炉中取出，在空气中空冷。0033 其中，供硼剂选自碳化硼。
13、、硼铁、三氧化二硼、硼砂中的一种 ；渗硼活化剂选自氟硅酸钠、氯化铵、氟化钾、氟硼酸钾、碳酸钠、碳酸氢胺、硫脲、稀土氧化物中的一种。0034 在粉末渗硼剂中，供硼剂起供硼的作用，在渗硼过程中产生活性硼原子 ；渗硼活化剂使工件表面保持“活化”( 或“清洁”) 状态，使硼原子容易吸附于金属表面并向内部扩散，说 明 书CN 104451536 A3/5 页5而且在由还原剂组成的渗硼剂中还兼有促进还原反应的作用 ；氧化铈是一种稀土渗硼剂，起催渗的作用，有利于Fe2B单相硼化物的形成，可提高渗硼层的硬度和耐蚀性 ；活性碳加入起抗高温粘结作用，使渗硼剂在高温时不粘结，可保证工件取出时方便和渗硼剂可重复使用 。
14、；碳化硅起填充剂作用，可减少渗硼剂的板结和渗硼剂与工件的粘连，方便工件的取出，降低了成本。0035 Q235 钢表面经超音速喷丸表面纳米化后，由于大量的晶界为硼原子的扩散提供了通道，提高了渗硼过程中硼原子的扩散速度，同时，晶界和晶内的缺陷具有较高的能量，为硼化物的成核与长大提供了额外的驱动力。0036 下面以由碳化硼、氟硅酸钠、氧化铈、活性炭和碳化硅组成的粉末渗硼剂说明本发明的粉末渗硼剂在渗硼时的反应机理 ：0037 渗硼活化剂氟硅酸钠 Na2SiF6在 500时开始分解，即 ：0038 Na2SiF6 2NaF+SiF4(1)0039 其分解出的 NaF 和 SiF4与碳化硼中的 B 发生反。
15、应，因渗硼罐内含有空气，氧气将参与反应，反应式如下 ：0040 2NaF+1/3B+O2+1/2SiC 1/3BF3+1/2Na2SiO3+1/2CO (2)0041 3SiF4+3O2+4B 4BF3+3SiO2(3)0042 (2) 与 (3) 式生成的 BF3将会与渗硼剂中的活性碳发生反应生成不稳定的 BF2，反应式如下 ：0043 BF3+5/4C+O2 BF2+1/4CF4+CO2(4)0044 BF3还可能与 SiC 发生以下反应 ：0045 2BF3+2SiC+2O2 BF2+B+SiO2+SiF4+2CO (5)0046 (4) 和 (5) 式生成的 BF2将发生分解反应，析出。
16、活性硼原子。0047 3BF2 B+2BF3(6)0048 上述活性硼原子与 Q235 试样表面的铁接触生成 Fe2B 相 ，即0049 B+2Fe Fe2B (7)0050 采用超音速喷丸技术处理工件的表面使工件表面组织纳米化，并结合使用快速渗硼剂对工件表面进行渗硼处理，可以制备性能优异的渗硼层，经本发明的方法渗硼处理后的 Q235 钢试样表面干净，呈银灰色，没有渗硼剂粘结，可以获得深度较厚、致密度高的性能好的 Fe2B 单相硼化物。0051 参见图 1 图 3 可以看出 Q235 钢仅在 600下渗硼，其渗硼厚度为 0m，本发明中的 Q235 钢在渗硼温度为 600下渗硼 2h 后又升温至。
17、 900渗硼 Q235 钢喷丸面渗硼厚度为 60m，有渗硼过渡层，而且渗硼层表面硬度高，硬度梯度好。0052 参见图 4，由图可知测试结果和 PDF 标准卡相比较发现，在本发明的渗硼工艺下Q235钢的表面获得了单一的Fe2B相，而一般情况下在钢铁材料渗硼时表面容易形成较脆的FeB 相，而次表层才是 Fe2B 单相。0053 实施例 10054 将 Q235 钢采用超音速微粒轰击技术进行单面表面喷丸处理，其工艺为 ：工作气压0.5MPa，直径为 0.3mm 的 S110 不锈钢弹丸，轰击时间为 30min，使喷丸面的组织细化到纳米级 ；再将喷丸处理后的 Q235 钢在超声波清洗机中用丙酮清洗，保。
18、持 Q235 钢试样表面干净 ；说 明 书CN 104451536 A4/5 页60055 按质量分数计，称取 10的三氧化二硼、10的碳酸氢胺、10的氧化铈，15的活性碳、55的碳化硅混合均匀，制得粉末渗硼剂，并将粉末渗硼剂在 100下烘干 1h ；将渗硼密封灌在 100下烘干 1h，将 Q235 钢埋入装有上述粉末渗硼剂的渗硼密封罐中，在马弗炉中加热到 550，保温 2h 后随炉升温到 800继续保温 1.5h 进行渗硼处理，渗硼完成后将渗硼密封罐从马弗炉中取出，在空气中空冷。0056 本实施例制备的经渗硼处理后的 Q235 钢，喷丸面渗硼厚度为 10m，表面硬度为HV1126 ；未喷丸面。
19、渗硼厚度为 5m，表面硬度为 HV698。0057 实施例 20058 将 Q235 钢采用超音速微粒轰击技术进行单面表面喷丸处理，其工艺为 ：工作气压0.5MPa，直径为 0.3mm 的 S110 不锈钢弹丸，轰击时间为 30min，使喷丸面的组织细化到纳米级 ；再将喷丸处理后的 Q235 钢在超声波清洗机中用丙酮清洗，保持 Q235 钢试样表面干净 ；0059 按质量分数计，称取 12的硼铁、13的氟化钾、8的氧化铈，20的活性碳、47的碳化硅混合均匀，制得粉末渗硼剂，并将粉末渗硼剂在 100下烘干 1h ；将渗硼密封灌在 100下烘干 1.5h，将 Q235 钢埋入装有上述粉末渗硼剂的渗。
20、硼密封罐中，在马弗炉中加热到 580，保温 1.5h 后随炉升温到 900继续保温 1h 进行渗硼处理，渗硼完成后将渗硼密封罐从马弗炉中取出，在空气中空冷。0060 本实施例制备的经渗硼处理后的 Q235 钢，喷丸面渗硼厚度为 35m，表面硬度为HV1658 ；未喷丸面渗硼厚度为 20m，表面硬度为 HV1460。0061 实施例 30062 将 Q235 钢采用超音速微粒轰击技术进行单面表面喷丸处理，其工艺为 ：工作气压0.5MPa，直径为 0.3mm 的 S110 不锈钢弹丸，轰击时间为 30min，使喷丸面的组织细化到纳米级 ；再将喷丸处理后的 Q235 钢在超声波清洗机中用丙酮清洗，保。
21、持 Q235 钢试样表面干净 ；0063 按质量分数计，称取 15的碳化硼、15的氟硅酸钠、12的氧化铈，18的活性碳、40的碳化硅混合均匀，制得粉末渗硼剂，并将粉末渗硼剂在 100下烘干 1h ；将渗硼密封灌在 100下烘干 1.2h，将 Q235 钢埋入装有上述粉末渗硼剂的渗硼密封罐中，在马弗炉中 600保温 2h 后随炉升温到 900继续保温 2h 后，渗硼完成后将渗硼密封罐从马弗炉中取出，在空气中空冷。0064 本实施例制备的经渗硼处理后的 Q235 钢，喷丸面渗硼厚度为 60m，表面硬度为HV1772 ；未喷丸面渗硼厚度为 50m，表面硬度为 HV1554。0065 实施例 4006。
22、6 将 Q235 钢采用超音速微粒轰击技术进行单面表面喷丸处理，其工艺为 ：工作气压0.5MPa，直径为 0.3mm 的 S110 不锈钢弹丸，轰击时间为 30min，使喷丸面的组织细化到纳米级 ；再将喷丸处理后的 Q235 钢在超声波清洗机中用丙酮清洗，保持 Q235 钢试样表面干净 ；0067 按质量分数计，称取 10的硼砂、10的氟硼酸钾、10的氧化铈，25的活性碳、45的碳化硅混合均匀，制得粉末渗硼剂，并将粉末渗硼剂在 100下烘干 1h ；将渗硼密封灌在 100下烘干 1.5h，将 Q235 钢埋入装有上述粉末渗硼剂的渗硼密封罐中，在马弗炉中570保温 2.5h 后随炉升温到 850继续保温 1.5h 后，渗硼完成后将渗硼密封罐从马弗炉中取出，在空气中空冷。0068 本实施例制备的经渗硼处理后的 Q235 钢，喷丸面渗硼厚度为 40m，表面硬度为说 明 书CN 104451536 A5/5 页7HV1606 ；未喷丸面渗硼厚度为 25m，表面硬度为 HV1158。说 明 书CN 104451536 A1/2 页8图1图2图3说 明 书 附 图CN 104451536 A2/2 页9图4说 明 书 附 图CN 104451536 A。