專(zhuān)利名稱(chēng)：化學(xué)鍍鎳硼合金鍍層的硬度提高方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)鍍鎳硼合金鍍層的硬度提高方法，是針對(duì)具有非晶-晶態(tài)雙結(jié)構(gòu)的鍍態(tài)鎳硼合金鍍層實(shí)施的特定熱處理工藝，涉及金屬材料的表面改性和表面強(qiáng)化技術(shù)。
Klein H.G.和Niederprum H.在Untersuchungen an chemischabgeschiedenen Nickel-Bor-Schichten auf Metallen(Teil 1.Metalloberflche，1971，25305-317)一文中曾報(bào)道化學(xué)鍍鎳硼合金鍍層在300℃或低于該溫度的低溫下，經(jīng)長(zhǎng)達(dá)40周的熱處理后，硬度可超過(guò)HV1500，甚至高達(dá)HV2000左右。但這種處理方法需要過(guò)長(zhǎng)的處理時(shí)間，顯然不能滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)要求。
美國(guó)專(zhuān)利US4833041(1989)是通過(guò)加入合金元素鈷使鍍層的硬度達(dá)到Knoop1300，但是這種方法需要消耗大量稀有金屬。
吳豐和褚松竹在“化學(xué)復(fù)合鍍鎳—硼—三氧化鋁的研究”(表面技術(shù)，1994，23(4)154-158)一文中、郭忠誠(chéng)在“鎳—硼—碳化硅化學(xué)復(fù)合鍍的研究及其應(yīng)用”(材料保護(hù)，1992，25(5)34-37)一文中分別報(bào)道了通過(guò)加入Al2O3、SiC粒子的復(fù)合鍍方法提高鍍層硬度的工藝，其中最高鍍層硬度達(dá)到了HV1400左右，但在實(shí)際工況下鍍層中的這些復(fù)合粒子與鎳硼鍍層的結(jié)合力不高，容易在磨損過(guò)程中發(fā)生脫落，造成磨粒磨損，無(wú)法使鍍層耐磨性同時(shí)得到相應(yīng)的大幅提高。
饒群力等人在“Effects of Heat-treatment Processes on the ElectrolessNi-B Coating and its Nature Aging Mechanism”(Transactions of theinstitute of metal finishing，79(2)，2001)一文中報(bào)道了通過(guò)化學(xué)鍍方法可以制備非晶-晶態(tài)雙結(jié)構(gòu)鍍態(tài)鍍層，該結(jié)構(gòu)鍍層在熱處理過(guò)程中出現(xiàn)Ni3B、Ni2B、Ni4B3三種合金化合物，硬度隨鍍層中不同化合物相的存在而變化，雖然Ni2B、Ni4B3相的出現(xiàn)使鍍層硬度超過(guò)了HV1300，但此二相在室溫下有時(shí)效分解現(xiàn)象，無(wú)法保證鍍層的性能穩(wěn)定。
為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明針對(duì)具有非晶-晶態(tài)雙結(jié)構(gòu)的鍍態(tài)鎳硼合金鍍層，設(shè)計(jì)實(shí)施了特定的高、低溫兩步熱處理工藝，即通過(guò)先在高溫下保溫較短時(shí)間，然后在低溫下保溫較長(zhǎng)時(shí)間，使上述雙結(jié)構(gòu)鎳硼合金鍍層先晶化形成Ni2B、Ni4B3介穩(wěn)定相，進(jìn)而使這些介穩(wěn)定相進(jìn)一步分解、細(xì)化形成更為穩(wěn)定的Ni3B相，大幅提高鍍層硬度。
本發(fā)明的方法具體包括如下步驟1、通過(guò)化學(xué)鍍方法制備具有非晶-晶態(tài)雙結(jié)構(gòu)的鎳硼合金鍍層，并對(duì)鍍層表面按步驟去離子水洗—烘干—酒精清洗進(jìn)行清潔。
2、將鍍件放入真空熱處理爐中，抽真空達(dá)到10-1Torr以上，并保證在處理過(guò)程中爐內(nèi)的真空度變化不大。
3、以10～20℃/min的加熱速度將熱處理溫度升高到250℃進(jìn)行預(yù)熱。
4、進(jìn)行高溫段處理以15～30℃/min的加熱速度將熱處理溫度升高，在400～500℃之間某個(gè)具體設(shè)定的溫度下保溫0.5～1小時(shí)。
5、進(jìn)行低溫段處理降低爐溫，在250～350℃之間某個(gè)具體設(shè)定的溫度下保溫15～30小時(shí)。
6、最后采取隨爐冷卻方式進(jìn)行冷卻，待爐溫降至100℃以下，可開(kāi)爐取件。
以上步驟4進(jìn)行的高溫段處理溫度如果低于400℃，則難以形成數(shù)量較多的Ni2B和Ni4B3，不利于后續(xù)形成細(xì)小的Ni3B相；若高于500℃時(shí)，由于造成硼元素?zé)龘p也不會(huì)產(chǎn)生大量Ni2B和Ni4B3相。處理時(shí)間不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短，否則都會(huì)造成Ni2B、Ni4B3相的數(shù)量不足。
步驟5進(jìn)行低溫段處理時(shí)的保溫時(shí)間，因不同的處理溫度而變化，即隨處理溫度的提高而降低，因此在較低溫度下的長(zhǎng)時(shí)間處理將使處理成本提高，但能夠得到更均勻細(xì)化的鍍層組織。
本發(fā)明的鎳硼合金鍍層經(jīng)真空或氮?dú)獗Ｗo(hù)的保溫處理后，較處理前更為光亮；鍍層表面無(wú)明顯的因膨脹而引起鍍層剝落現(xiàn)象；處理后的鍍層硬度達(dá)到HV1200～1600，且不會(huì)發(fā)生時(shí)效變化，性能穩(wěn)定。
本發(fā)明所制備的鎳硼合金鍍層采用標(biāo)準(zhǔn)的盤(pán)-銷(xiāo)磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行耐磨性試驗(yàn)，銷(xiāo)直徑為6mm，盤(pán)直徑為30mm，磨損時(shí)間1小時(shí)，載荷50牛，試驗(yàn)結(jié)果表明本發(fā)明所得的鎳硼合金鍍層耐磨性?xún)?yōu)于具有良好耐磨性的SiC-鎳-硼復(fù)合鍍層。
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，降低了獲得高性能鎳硼合金鍍層的成本，使該合金實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)鍍鎳硼合金鍍層的硬度提高方法，其特征在于包括如下具體步驟1)通過(guò)化學(xué)鍍方法制備具有非晶-晶態(tài)雙結(jié)構(gòu)的鎳硼合金鍍層，并對(duì)鍍層表面進(jìn)行清潔；2)將鍍件放入真空熱處理爐中，抽真空并保持真空度不變；3)以10～20℃/min的加熱速度將熱處理溫度升高到250℃進(jìn)行預(yù)熱；4)以15～30℃/min的加熱速度將熱處理溫度升高，在400～500℃之間某個(gè)設(shè)定溫度下保溫0.5～1小時(shí)；5)降低爐溫，在250～350℃之間某個(gè)設(shè)定溫度下保溫15～30小時(shí)；6)進(jìn)行冷卻，待爐溫降至100℃以下開(kāi)爐取件。
全文摘要
一種化學(xué)鍍鎳硼合金鍍層的硬度提高方法，針對(duì)具有非晶－晶態(tài)雙結(jié)構(gòu)的鍍態(tài)鎳硼合金鍍層，采取特定的高、低溫兩步熱處理工藝，即通過(guò)先在高溫下保溫較短時(shí)間，然后在低溫下保溫較長(zhǎng)時(shí)間，使上述雙結(jié)構(gòu)鎳硼合金鍍層先晶化形成Ni
文檔編號(hào)C23C18/31GK1418980SQ02137750
公開(kāi)日2003年5月21日 申請(qǐng)日期2002年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月31日
發(fā)明者饒群力, 范小蘭, 王浩偉, 周堯和 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)