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热扩散渗钒的过程中硼砂盐中的成分变化 WANG Hongfu1, WANG Huachang2 , KOU Bingtou1, CHANG Zheng2, WANG Junyuan1 （1.机械工程及自动化，中国中北大学，太原030051，中国; 2.材料科学与工程，武汉理工大学，武汉430070，中国） 摘要：在950摄氏度，通过TD处理，五氧化二钒，硼砂，碳化硼和氟化钠被用于在Cr12钢表面生长碳化钒涂层。碳化钒涂层（VC）可以延长作为冲孔模的Cr12钢的使用寿命。碳化钒涂层生长动力学被提出并通过与实验结果的数学模型进行比较验证。涂层的厚度通过SEM说明。涂层和残余物的化学成分通过X射线衍射（XRD）和X射线能量色散谱（EDS）进行了测试。在硼砂盐浴时加入少量的FeSiRe23，以提高厚度。X射线衍射的分析结果显示，FeSiRe23作为还原剂和催化剂增加钒硬质合金涂层的深度。 关键词：热扩散;硼砂盐浴;渗钒; FeSiRe23 1. 介绍 通过TD（热扩散）技术盐浴渗钒是一个通过TD方法盐浴穿透金属技术的应用，该方法换句话说就是在高温下将金属浸透在包含活性金属原子（砂盐浴或中性盐浴例如氯化钡和氯化钠）的熔融盐浴中一段时间。在材料的表面上，形成金属碳化物涂层的厚度范围从几微米至数十微米。这个技术是成熟的，稳定的，具有良好效果并且低成本的。此外，所形成的涂层在室温下是非常稳定的，并具有优异的耐磨损能力，在冷作模具及部件的表面强化上具有良好的促进效果。然而，这种技术具有一定的局限性，例如，盐浴的使用寿命短，盐浴产生的过度腐蚀和表面光洁度差，从而限制了其在国内的应用【1,3】。 为了解决这些问题，第一次用有关TD方法的理论和一些以前的经验进行推断和分析。然后对影响涂料的性能的关键因素，例如盐浴和模具基板的选择进行了调查。通过选择硼砂作为基本盐和考虑盐浴的涂覆能力和被选择的表面光洁剂，氧化剂，还原剂和激活剂的清洁性能。结果表明，当渗钒剂是五氧化二钒，还原剂是碳化硼，活化剂是氟化钠，所述盐浴具有更好的综合性能【4,6】。 在盐浴试验的基础上对TD过程中盐浴含量的变化，进行了讨论和分析。结果表明，在TD过程中盐浴的原始含量都发生了变化。在六次TD过程后，盐浴失去了活性，因为他的含量发生了变化。加入20％的混合盐后，盐浴再次起作用。并且对工件表面的残余盐的清洁性也进行分析。 此外，涂层的组成和结构通过X射线衍射和EDS进行分析和确认。涂层的金相和硬度分别用SEM和显微硬度仪进行分析。结果表明，通过此技术形成的涂层是致密，均匀和完整的，它具有非常高的显微硬度。当这一技术被用于冷作模具和零件的表面强化上，具有显著的效果。此外，这种技术有许多优点，如节能，无污染，因此它有很大的应用价值。 因此，此实验是用于测试热扩散渗钒过程中的盐浴组成变化。 2. 实验 2.1．材料 Cr12在实验中作基材。热扩散盐由76%Na2B4O7, 10%V2O5, 5%B4C 和 9%NaF组成。基材分为六分，分别用在六个独立的试验。Cr12的化学组成列于表一。 2.2. 实验方法 为了揭示TD处理中盐浴组合物的变化，实验的基本步骤和过程示于图1。它包括加工-抛光-脱脂-预热-熔覆-热处理（淬火和回火）-清洁。 图一.TD流程图 加工：机械加工得到工件。 抛光：TD过程几乎不改变工件表面粗糙度。碳化物层具有高的硬度，所以工件的粗糙表面应该在TD过程之前进行抛光处理。所有的划痕和沟槽必须进行抛光处理。 脱脂：在机械加工和抛光后，有的矿物油和其他物质可能保留在工件的表面上。这些油影响工件的表面活性并且减少钒原子在工件的表面上的附着力。金属阻隔剂（用60-80℃的水）用于清洗工件。然后，用5％盐酸与酒精洗涤。最后吹干工件。 预热：预热工件到100℃。 熔覆：将工件放入混合融化盐，并保持足够的时间（960℃）来获得涂层。 随后的热处理（淬火和回火）：工件必须在TD后淬火处理，以提供基板更好的性质。可以选择油冷。也可以选择水冷，以确保基板被硬化，然后回火。 清洗：TD处理后，一些盐残留工件的表面上，它应该被清洗。硼砂容易在沸水和甘油中溶解，从而工件可以被放入含有甘油的沸水中数次。残留盐也可以在乙醇和丙酮中用超声波清洗的方法清洗。 2.3性能测试 用于在Cr12钢上制备碳化钒的混合盐要使用六次。样品活工件应标明样品1#，样品2#…样品6#。在每次扩散后，残余的盐也应标好盐1#，盐2#…盐6#。 TD处理后，要观察Cr12钢的涂膜，涂层通过冶金显微镜或SEM测试。涂覆样品通过四个步骤来观察截面：电极丝切割，抛光，精加工和腐蚀。然后，用冶金照片来分析涂层。涂层的显微硬度通过一台HXD-1000的显微硬度计来测量（载荷25-1000克）。涂层和残余的化学成分通过XRD和EDS进行测定