一种金属平面高频加热膏剂渗硼的方法及装置。 本发明属于向金属表面渗入非金属元素的方法及装置。
现有技术中，在金属表面渗硼主要采用扩散法，包括固体渗硼，液体渗硼和气体渗硼。这几种渗硼方式均存在渗硼时间长、渗层浅等缺点。而且不能稳定地得到Fe2B单相渗层。一般只能到FeB和Fe2B的双相组织，表层是FeB，次层是Fe2B，由于两者的膨胀系数有很大的差异，所以在交界的FeB相处处于拉应力状态，易产生显微裂纹。即使得到单相的FeB，也属脆性相。近年来的研究发现，α-Fe、Fe2B和Fe3（C.B）的三元共晶组织具有高的硬度和良好的韧性，因此，许多国家开始研究超高频感应加热渗硼，出现了温度高于1100℃共晶点的渗硼工艺。但由于膏剂配方不适当和感应器存在的问题，渗层深只在0.15～0.20mm之间（参见《MИTOM》1982、5）。又由于平面感应加热功率大，金属表面呈熔融状态，不免凹凸不平，须留有足够的磨削余量（约0.15mm），故渗硼层仍嫌太浅。而为提高表面的平整度就应尽量缩短加热时间，提高加热效率，因此不得不在感应器上加导磁体，而导磁体在200℃时就要失效。显然，1100℃高温下的幅射热，足以使导磁体的温度超过200℃而失效。
本发明的目的，就是针对现有技术存在的问题，精选出高效的渗硼剂，提出一种新地渗硼方法，并相应地设计一种能在高温下正常工作的感应器，以获得性能良好、渗层较深的具有共晶组织的金属零件。
本发明设计的液冷导磁体感应器（如图1），即将导磁体〔1〕和感应线圈〔2〕的有效部分放入以石英玻璃〔4〕为底的盒〔5〕内，四周用聚氯乙烯或其它材料粘结而成。靠输送管〔8〕通入液流（如水、液态氢或氮、水质冷却液等）强制循环冷却导磁体〔1〕，使导磁体〔1〕不受高温热幅射的影响而正常工作。同时，石英玻璃〔4〕具有一定的耐热能力。在石英玻璃〔4〕和导磁体〔1〕的感应线圈〔〔2〕间靠垫片〔3〕留有0.5mm左右的间隙，以保证液流畅通。
本发明选用B4C、NaBF4（或KBF4）和Al2O3为渗硼剂的主要成分，加Al2O3是为了增加膏剂的透气性。渗硼膏剂的重量比为B4C50～90%，NaBF4（或KBF4）5～30%、Al2O33～20%，配制成粉末混合物，用25%的松香酒精溶液调成膏剂。将膏剂均匀的涂敷在所须渗硼的金属零件的表面，厚度以0.6～0.8mm为宜，并烘干。
将带有渗硼剂的金属零件〔7〕夹持在淬火机床的旋转工作台上，渗硼表面与导磁体线圈〔2〕的距离约4.1～4.5mm。其中，空气间隙〔6〕约为2.1～2.5mm，石英玻璃〔4〕厚不超过1.5mm，垫片〔3〕厚度不少于0.5mm。通过试验选择适宜的电参数，进行超音频感应加热。使用超音频感应电流发生设备。使工件旋转以便加热均匀，转速在30～60转/分或视情况而定。感应加热一分钟左右就可得到深为0.25～0.43mm的渗硼层。渗后淬入油中。
在渗硼剂中用KBF4和NaBF4的效果相似，但采用NaBF4的配方比采用KBF4的配方渗硼深可提高30%。
对附图的说明：
附图1为液冷感应器的示意图。
本发明采用上述的方法及设备，收到了明显的效果：
1、渗硼工艺简单，操作方便。
2、渗渡时间短、渗层深达0.25～0.43mm以上，留有足够的精加工余量。
3、金属零件渗硼后的金相组织细密，硬度高，韧性好，不易开裂，不易剥落，提高了抗磨擦能力。
4、本方法还可以用于较长平面的逐步推进连续加热渗硼。
本发明以45钢制成的汽油发动机挺杆体端面渗硼为最佳实施例。作为最佳实施例，本发明采用水冷感应器（即靠水流冷却导磁体）。
1、装置：CYP-100-C型超音频感应加热装置，输出功率100KVA，频率100～150KHZ;水冷感应器、淬火机床等。
2、渗硼剂成分（重量百分比）：
B4C85% KBF410% Al2O35%
3、金属表面涂层厚度：0.7mm。
4、零件端面与感应圈的距离4.3mm。
5、转速：30转/分。
6、其它有关电参标：
阳压：8.6～8.8KV
槽压：8.7KV 栅流：1.2A
阳流：7.3～7.5A
感应器的冷却盒用聚氯乙烯和石英玻璃粘成方盒状。以石英玻璃〔4〕为底。
加热62秒，注意通风，得到0.25～0.43mm深的渗硼层，渗硼后的金相组织为亚共晶体，共晶体为白色的Fe2B和Fe2（C，B），以及黑色的α-Fe（热处理后为含Fe3（C，B）的奥氏体和马氏体）三元共晶体和先折出的黑点状含Fe3（C，B）的α-Fe。共晶体呈黑白相间，弯曲交错的菊状组织，故有良好的韧性。渗层之下为板条状马氏体也具有良好的强韧性。
渗后硫化，装在EQ140发动机上进行剥落台架试验，超负荷40%，300小时所有试件均无剥落现象，超音频感应渗硼工艺的优越性由此可见。