中碳钢膏剂渗硼工艺的研究+文献综述(2)
我国从20世纪70年代开始研究渗硼工艺。70年代至90年代前半期，国内主要进行了硼砂盐浴渗硼的研究，并成功地应用于模具和部分易磨损件。随后，集中在固体渗硼上进行研究。1975年开始研发粉末渗硼剂、粒状渗硼剂等，且发展比较迅速。目前有关渗硼剂和渗硼工艺的研究已经比较成熟，在生产上的应用也日益广泛。
我国在20世纪90年代初期开始相关膏剂渗硼的研究，其目的是为了提高渗硼速度，降低渗硼温度，改善渗硼层的组织和性能。
1.1 膏剂渗硼的工艺参数
1.1.1 膏剂渗硼剂的工艺组成
膏剂渗硼剂的化学成分与其他固体渗硼剂一样，主要由供硼剂、活化剂、填充剂、还原剂、粘结剂等组成[4]。膏剂渗硼还要用到自保护膏剂。
(1)供硼剂：供硼剂即供硼源，它在活化剂的催化作用下可源源不断地提供活性硼原子。常用的供硼剂有硼砂、B4C、Fe-B合金、B2O3等。膏剂渗硼时，为防止膏剂干燥时裂开，膏剂不能涂太厚，但也要保证渗硼层的厚度，因此应当选用B含量较高的供硼剂。B4C的B含量最高，但价格也最贵，所以目前国内使用最广的供硼剂是B4C与硼砂的混合物。陶锡麟等对膏剂渗硼的研究表明，B4C是活性最强的供硼剂，硼砂可以进一步加深B原子的渗入，同时减少B4C的用量，从而降低膏剂渗硼的成本[5]。
(2)活化剂：使零件表面保持活化状态，使硼原子更容易吸附在零件表面并向内部扩散，是影响渗硼速度的最主要的因素。常用的活化剂有KBF4、NaBF4、LiBF4、KF、NaF、AlF3、CaF2等氟化物，（NH4）2CO3、NH4HCO3、Na2CO3、NH4Cl、Na3AlF3、Na2SiF6等。活化剂主要由一种或几种构成。在不同的供硼剂中活化剂的活化效果不同。章为夷在硼砂型膏剂渗硼剂的研制中使用硼砂作为渗硼膏剂的供硼剂，对7种活化剂的活化效果进行了研究，发现活化剂的类型和自身熔点的高低对活化效果有影响。氟化物活化效果好于氯化物，熔点高的活化剂活化效果较好，几种活化剂配合使用渗速明显高于单独使用一种活化剂的渗速[6]。曹慧荣的研究表明，不同的供硼剂对于活化剂具有选择性，两种或两种以上的活化性以一定比例混合使用会起到比单个活化剂具有更显著的催渗效果[7]。
(3)填充剂：渗硼的载体。它的主要作用是使供硼剂，活化剂等均匀分布其中，使渗剂与材料表面充分接触，保持供硼剂与活化剂的浓度，防止膏剂的烧结，达到均匀化的效果。填充剂可保持膏剂的还原气氛，促使反应稳定进行。常用的填充剂主要有SiC、碳、Al2O3等。即使供硼剂与活化剂相同，填充剂不同，渗硼效果也不同。SiC可参与化学反应，进一步提高渗剂的活性，具有一定的催渗效果，是一种比较理想的填充剂[8]。活性炭的加入可防止膏剂烧结。
(4)还原剂：还原供硼剂，从而使更多的活性B原子发生扩散到金属表面进入金属形成硼化物。常用的还原剂有Si、Ca、Al、Re及其他合金。
(5)粘结剂：膏剂通过粘结剂粘结在金属的表面，保持充分接触。常用的粘结剂主要有硅酸乙醋水溶液、聚乙烯水溶液、松香酒精溶液、文具胶水、羧甲基纤文素水溶液等。粘结剂对渗层的深度会产生影响。戴文兵的研究表明以少量水调和纤文素作粘结剂为最佳[9]。市场上常见的渗硼膏剂见表1.1。
表1.1 市场上的渗硼膏剂
渗硼膏剂名称 供硼剂 活化剂 填充剂 还原剂 粘结剂
GSB-Ⅰ 硼铁粉末、B4C NH4F、 NaBF4 SiC、活性碳、木炭粉 Al 纤文素