專利名稱:表面處理法及其處理材料的制作方法
本發(fā)明涉及在鐵合金之類的被處理制品表面形成碳化物層或擴散層的方法，及其所用的熔浴劑。
表面具有碳化物層或擴散層的鐵合金制品，如鋼制模具和工具，其硬度和耐磨性能大為提高。這一點已為人們所熟知，并使之工業(yè)化。
本發(fā)明人業(yè)已研制出一種用以在諸如模具或工具之類的被處理制品表面形成一層由周期表中第V族主族(Va)元素或鉻元素所生成的擴散層或碳化物層的優(yōu)良方法。這種表面處理方法系將待處理的制品浸入基本上由硼砂、一種表面層形成元素(SFE，或稱形成表面層的元素)的氧化物和還原劑所組成的熔鹽浴中，以形成前面提到的表面層，其中表面層形成元素系指上述Va族元素或鉻之類的元素，而還原劑系指鋁、鈣、硅或其他類似物質(zhì)(日本專利公告號4054/1978)。按照這一方法，還原劑將表面層形成元素的氧化物還原成金屬，從而恢復(fù)處理熔體(或熔浴)。
然而，上述方法中尚有些問題或缺點有待排除。例如，當(dāng)還原劑的含量與表面層形成元素的氧化物的量相比而太低時，則有時不能在被處理的制品表面形成表面層。相反，若還原劑的含量太高，則有時在制品表面形成硼化物層，結(jié)果并非形成如上所述的Va族元素或鉻元素的擴散層或碳化物層。此外還遇到下述問題，即熔融(浴)體的粘度取決于還原劑的種類，有些還原劑可導(dǎo)致其粘度增加，結(jié)果往往難于將欲處理的制品浸入熔融浴中，或不易將附著在處理后制品表面的熔浴物質(zhì)去除，以致使處理后制品的表面層粗糙。此外，高粘度的熔融體導(dǎo)致所形成的表面層不均勻。
為排除上述問題或缺點，本發(fā)明人專心致志地進行研究，并進行了大量實驗，終于完成了本發(fā)明。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于在被處理制品的表面形成由周期表Va族元素或鉻所形成的擴散層或碳化物層之改進的方法及熔浴劑，它們盡可能滿足與熔融體粘度，以及從處理后制品表面去除熔浴物質(zhì)等方面有關(guān)的要求。
本發(fā)明之第一方面的目標(biāo)在于對下述方法進行改進，這種方法系通過將被處理的制品浸入熔鹽浴中，而在其表面形成一層至少由一種表面層形成元素所構(gòu)成的碳化物層或擴散層，其中表面層形成元素選自由周期表Va族元素和鉻元素所組成的組，所說熔鹽由硼砂、至少一種選自由周期表Va族元素的氧化物和鉻的氧化物所組成的組中作為表面層形成元素的氧化物，以及鋁所組成，而在熔鹽浴中，表面層形成元素的氧化物和鋁的含量分別如下(A)表面層形成元素的氧化物選自由含量不大于12%(重量百分?jǐn)?shù)，以下同)的氧化釩、不大于17%的氧化鈮、不大于16%的氧化鉭和不大于21.5%的氧化鉻所組成的這一組中一種或一種以上的組分，而氧化物總量若以熔(融)體的總量為基準(zhǔn)進行計算，則為9.5～21.5%;和(B)鋁含量相對于熔(融)體的總量而言為～7.5%。
本發(fā)明的第二個目標(biāo)是一種用于形成供表面處理用的處理熔浴的熔劑，它由硼砂、一種或幾種表面層形成元素的氧化物、以及鋁所組成，其中所說表面層形成元素的氧化物是選自由周期表Va族元素和鉻所組成的組，而此種表面層形成元素的氧化物和鋁的含量分別如以上所述(A)和(B)。
圖1至圖4表明硼砂熔浴中表面層形成元素的氧化物含量和鋁的含量對表面層形成的影響。
圖1所示系用V2O5作為表面層形成元素的氧化物的情況;
圖2所示系用Cr2O3作為表面層形成元素的氧化物的情況;
圖3所示系用Nb2O5作為表面層形成元素的氧化物的情況;
圖4所示系用Ta2O5作為表面層形成元素的氧化物的情況。
圖5至圖8表明表面層形成元素的氧化物的含量對熔劑的附著性、洗脫熔劑所需的時間、以及處理后制品的氧化狀況的影響圖5所示系用V2O5作為表面層形成元素的氧化物的情況;
圖6所示系用Cr2O3作為表面層形成元素的氧化物的情況;
圖7所示系用Nb2O5作為表面層形成元素的氧化物的情況;和圖8所示系用Ta2O5作為表面層形成元素的氧化物的情況。
按照本發(fā)明，上述表面處理方法和熔鹽體(或浴)的特征在于鋁被作為還原熔融體中表面層形成元素的氧化物(一種或多種)用的還原劑，而所說表面層形成元素的氧化物(一種或多種)和鋁對熔(融)體總量之組成比分別在如上述所規(guī)定的范圍內(nèi)。
由于鋁沒有其他還原劑所存在的這些缺點，因而被選作還原劑。若將硅用作還原劑，則會導(dǎo)致熔(融)體的粘度大大增加，以致難于將欲處理的制品浸入熔(融)浴中。而當(dāng)使用鈣、鋯和錳時，則不易將熔浴物質(zhì)洗滌下來，結(jié)果使處理后的制品表面比較粗糙。至于用鈦作為還原劑時，在處理后制品上所形成的表面層不甚均勻。此外，稀土元素因其在地球上的含量非常少，考慮到工業(yè)化的情況，所以也不適宜使用。然而，鋁不存在以上所述的弊端。
在本發(fā)明中，規(guī)定表面層形成元素的氧化物和鋁對熔浴總量之比分別在以上所述的范圍內(nèi)，其原因如下亦即熔體物質(zhì)的粘度及其洗脫性能，以及為防止從熔體中取出的處理后制品氧化的效能均取決于熔(融)體中所含的表面層形成元素的氧化物的量。若表面層形成元素的氧化物的含量高，則熔體的粘度增加，導(dǎo)致熔浴物質(zhì)在處理后制品上的附著量遞增，而洗脫熔浴物質(zhì)所需的時間也相應(yīng)增加。相反，若表面層形成元素氧化物的含量太低，則會出現(xiàn)處理后制品的氧化問題。按照本發(fā)明之要求，將可滿意地防止從熔體中取出的處理后制品的氧化，并可使從熔浴中攜帶出來的熔浴物質(zhì)的量降至最低。此外，洗滌時間亦縮短。換言之，本發(fā)明已發(fā)現(xiàn)和確定了表面層形成元素的氧化物在熔(融)浴中最合適的含量，以達到上述全部優(yōu)良性能。
對于熔有一種或幾種表面層形成元素的氧化物和鋁的熔(融)體，它在被處理制品上形成表面層的性能隨著時間的推移而降低，因而熔體性能發(fā)生劣化。熔體性能的劣化取決于熔(融)體中的鋁含量。鋁含量越低，越容易使表面層的形成性能下降。但若鋁含量太高，則難于將鋁融入熔(融)浴中，以至鋁以單質(zhì)形式析出。析出的鋁與熔槽和被處理的制品反應(yīng)，使它們發(fā)生腐蝕。本發(fā)明已發(fā)現(xiàn)和確定了鋁在熔(融)體中的最合適含量。按照所確定的鋁含量，將不會出現(xiàn)熔(融)浴中鋁的析出現(xiàn)象，也不會發(fā)生熔體劣化現(xiàn)象(熔浴劣化現(xiàn)象在實際操作中成為一個問題)。
以下將對本發(fā)明進行詳細(xì)描述。
在本發(fā)明中，硼砂(Na2B4O7)是表面處理劑的主要成分。
作為表面層形成元素的氧化物，選自由周期表Va族元素[如釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)]的氧化物和鉻(Cr)的氧化物所組成的這一組中一種或一種以上的組分。
V2O5、Nb2O5、Ta2O5、Cr2O3、NaVO3和K2CrO4等均可用作上述的表面層形成元素的氧化物，其中以V2O5或Cr2O3為最實用。這類氧化物起表面層形成元素供給源的作用。由于所說表面層形成元素以氧化物形式存在，所以容易快速地融化在熔(融)體中，而不致在熔體底部產(chǎn)生沉淀。
表面層形成元素的氧化物是選自由氧化釩、氧化鈮、氧化鉭和氧化鉻所組成的組中一種或一種以上組分，而上述這四種氧化物的含量相對于熔融劑總量而言，依次等于或小于12%、(以重量計，下同)、17%、16%和21.5%。一種或幾種表面層形成元素的氧化物的總量在9.5%～21.5%的范圍內(nèi)。
若表面層形成元素的氧化物(一種或幾種)的含量超過指定范圍的上限，則從熔體中攜帶出的熔體物質(zhì)的量增加，因而需花費很多時間才能洗脫附著在處理后制品上的熔體物質(zhì)。另一方面，若表面層形成元素的氧化物(一種或幾種)的含量小于指定范圍的低限，則處理后制品容易發(fā)生氧化。
倘若僅使用一種表面層形成元素的氧化物，則其含量應(yīng)在下述范圍內(nèi)(a)氧化釩9.5～12%(重量百分?jǐn)?shù)，以下同);
(b)氧化鈮14～17%;
(c)氧化鉭14～16%;
(d)氧化鉻19～21.5%在上述含量范圍內(nèi)的任一種表面層形成元素的氧化物均顯示出在被處理制品上生成擴散層或碳化層方面的優(yōu)良特性。
鋁作為還原表面層形成元素的氧化物的還原劑。亦即通過融化有熔浴劑的熔(融)浴中的鋁，使表面層形成元素的氧化物還原成金屬，以便在被處理制品表面形成碳化物表面層或擴散表面層。由于處理期間進入熔浴的氧與鋁相結(jié)合，因而熔浴可達到較長的使用壽命。鋁的純度最好約在90%～99.9%的范圍內(nèi)。熔浴劑中鋁含量占熔劑總量的4～7.5%(以重量計，下同)。若鋁含量小于4%，則熔浴的使用壽命縮短，但若此值超過7.5%，則往往形成硼化層。
在表面處理劑中的硼砂通常為粉末狀。表面層形成元素的氧化物最好以粉末狀或片狀形式使用，而鋁宜以塊狀、粉末或粒狀形式使用。
采用按照本發(fā)明的表面處理劑，可由如下所述那樣在被處理的制品上形成表面層。更具體地說，用表面處理劑制備熔融浴，然后將欲處理的制品浸入熔融浴中，借此在被處理制品表面上形成諸如Va族元素或鉻元素之類的碳化物層或擴散層。
欲處理制品的材料可以是鐵合金、硬質(zhì)合金、鎳合金、鈷合金、陶瓷合金、碳素材料或其他類似的材料。若被處理制品中含有形成表面層形成元素的碳化物所需的足夠碳量，則將形成主要由其碳化物層所組成的表面層。為形成這種碳化物層，被處理的制品最好含有0.1%或更多的碳。另一方面，若被處理制品中碳含量太低或等于零，則在被處理制品表面上所形成的表面層主要由表面層形成元素和基質(zhì)元素所組成的固熔層(固熔層在本發(fā)明中稱為擴散層)。這種情況下，在被處理制品的表面上不生成碳化物層。假如在熔浴中加碳，或使用含碳(如石墨或其他類似材料)材料制成的熔槽，則可形成主要由碳化物組成的表面層。
處理溫度可任選在700～1250℃的范圍內(nèi)，但實際上最好在850～1100℃的范圍內(nèi)。若溫度低于850℃，則制品的處理時間較長。另一方面，若溫度高于1100℃，熔體和熔槽的使用壽命將縮短。雖然處理時間取決于欲形成的表面層厚度，但通常選自1～20小時的范圍內(nèi)。
為降低熔劑的熔化溫度和改變其粘度，按照本發(fā)明，可向表面處理劑中添加諸如氯化鈉(NaCl)、氯化鉀(KCl)、氟化鈉(NaF)之類的鹵化物;諸如五氧化二磷(P2O5)之類的氧化物;諸如氫氧化鈉(NaOH)和氫氧化鉀(KOH)之類的氫氧化物;以及硫酸鹽和碳酸鹽。雖然這些添加劑能降低熔劑的熔點，但它們能引起強烈的腐蝕，以致侵蝕表面處理用的裝置和其他設(shè)備。因此，在加入這些添加劑時應(yīng)注意下述事項亦即應(yīng)根據(jù)待處理制品的種類、欲形成的碳化物層厚度、熱處理方法和處理溫度等來選擇合適的條件。
本發(fā)明提供一種在被處理制品表面形成一層由周期表Va族元素或鉻元素所形成的擴散層或碳化物層之改進處理方法，以及用于該方法的改進熔劑。所說改進方法和熔劑滿足諸如以下所述的各種要求(1)熔體的使用壽命長;(2)容易洗脫附著在處理后制品上的熔劑;(3)在冷卻過程中處理后制品幾乎不發(fā)生氧化;(4)熔體(浴)易于制備;(5)熔浴中溫度分布均勻;(6)熔浴劑價格低廉。
現(xiàn)參照下述實施例對本發(fā)明作進一步描述。
實施例1將脫水硼砂(Na2B4O7)放入由耐熱鋼制成的坩堝中，并在電爐中加熱使硼砂熔化，以制備溫度為950℃的熔體。在上述熔體中添加占熔體(包括硼砂、V2O5和還原劑)總量12%(以重量計)的V2O5薄片，和占熔體總量1～10%(以重量計)，而粒度在100目以下的如下表所示的各種還原劑中的一種，由此制備出許多種處理熔浴。然后將直徑為7毫米JIS SK4(碳素工具鋼)材料制成的棒狀試驗件浸入各個熔浴鹽中，保持2小時后取出試驗件，在空氣中冷卻。然后，測定附著在試驗件上的熔浴劑重量，并用熱水洗滌，以除去附在上面的任何熔浴劑。與此同時，測定洗滌時間，并觀察各只處理后試驗件的表面，以便了解從處理后試驗件上洗脫熔浴劑的條件，及其附著狀態(tài)。此后將所得的試驗件切開，用顯微照相術(shù)觀察各段橫截面，以測定在處理后試驗件上所形成的表面層的均勻度。
另一方面，使引入坩堝中的脫水硼砂(Na2B4O7)與占熔體總量12%(以重量計)的片狀V2O5混合，再加入占熔體總量4%(以重量計)的如表中所示的還原劑中的一種，然后將混合物加熱至1000℃，以制備出許多種熔鹽浴。將直徑為7毫米的JIS SK4(碳素工具鋼)材料制成的棒狀試驗件在預(yù)定的時間浸各熔鹽浴中，每天一次，每次30分鐘，以觀察被處理試驗件上表面層的出現(xiàn)，并由此估算熔浴的使用壽命(亦即估算出適用于形成表面層的那部分熔體高度達到坩堝底部與熔體上表面之間的一半距離前的天數(shù))。
下表列出各試驗件的下述參數(shù)測試情況從熔浴中攜帶出的熔劑量;熔劑洗脫情況;熔浴使用壽命等。從表中可以清楚地看出，當(dāng)用硅作為還原劑時，大量熔劑與被處理的制品一起從熔浴中帶出。當(dāng)使用鈣、鋯和錳時，熔(浴)劑難于洗脫。而在使用鈦的情況下，則不能形成均勻的表面層。當(dāng)使用含有這些元素的鐵合金時，洗滌困難，且熔(浴)劑易于附著在處理后的制品上。但是，鋁不存在以上所述的問題，所以是優(yōu)良的還原劑。
在評定下表時，需對表中符號作一說明，其中項目2、5、6、8和9中的符號O表示相應(yīng)項目的結(jié)果良好，符號△表示結(jié)果稍差，而符號X表示結(jié)果是差的。
項目1、3和7中的符號O表示相應(yīng)項目的數(shù)量較少，符號△表示該數(shù)量稍大，而符號X表示數(shù)量較大。
項目4中的符號O表示熔體使用壽命長，符號△表示其壽命稍短，而符號X表示壽命短。
項目10中的符號O表示熔(浴)劑的價格不貴，符號△表示其價格稍貴，而符號X表示價格昂貴。
實施例2將脫水硼熔砂(Na2B4O7)放入耐熱鋼制成的坩堝中，并在電爐中加熱，使硼砂熔化，以制備溫度為950℃的熔浴。通過添加V2O5薄片，然后漸漸地加入鋁塊，同時予以攪拌來制備熔鹽浴。通過逐個改變V2O5和Al的量而制備出許多種熔浴。然后將直徑為7毫米的JIS SK4(碳素工具鋼)材料制成的棒狀試驗件浸入各個試驗熔浴中，保持2小時后取出，放在油浴中冷卻。用熱水洗滌，以除去除著在試驗件表面的任何熔浴劑。此后將試驗件切開，用顯微照相術(shù)觀察各段的橫截面，結(jié)果示于圖1。圖中縱坐標(biāo)表示熔體中V2O5的含量，而橫坐標(biāo)表示熔體中的鋁含量。此外，符號O代表其上形成VC表面層的試驗件;符號△代表其上形成FeB或Fe2B表面層的試驗件;而符號X代表其上不形成表面層的試驗件(在以下所有圖中這些符號的意義均相同)。
例如，含有10%(重量百分?jǐn)?shù)，以下同)V2O5和5%或7.5%鋁的熔體形成了7微米厚的VC表面層。然而，含有10%或15%鋁的熔體因分別地僅形成了Fe2B表面層，故未形成一碳化釩層或擴散層。在任何情況下，所有處理后試驗件的表面均是平滑的，并未觀察到粉末附著現(xiàn)象。圖中點劃線之間的區(qū)域表明能生VC層的組成范圍，從中可以看出，相對于V2O5的量而言，約在20%～78%范圍內(nèi)的鋁含量可生成VC層。圖中陰影區(qū)表明熔(融)浴中存在析出的鋁。從圖中可以看出，不論V2O5的含量如何，當(dāng)加入10%(以熔(浴)體總量為基準(zhǔn)的重量百分?jǐn)?shù))以上的鋁時，在處理熔浴中發(fā)生鋁的析出現(xiàn)象。在熔(融)浴中析出的鋁將侵蝕被處理的制品、夾具和熔槽等，所以不可能在組成比大致在陰影區(qū)內(nèi)的熔(浴)體中處理制品。由此可以明白，當(dāng)熔(浴)體組成比僅在除陰影區(qū)以外的點劃線之間的區(qū)域時，方能在被處理的制品上形成VC層。
實施例3如同實施例2，由硼砂(作為主劑)、不同種類的數(shù)量的表面層形成元素的氧化物，以及不同數(shù)量的鋁來制備出許多不同的處理熔浴。制造數(shù)根直徑為7毫米的JIS SK4棒，以作為待處理的制品，并將其浸入各種熔鹽浴中，使其上面形成表面層。結(jié)果示于圖2至圖4。
圖2反映了用Cr2O3作為表面層形成元素的氧化物所得的結(jié)果。從圖中可以看出，當(dāng)使用Cr2O3和鋁時，在鋁含量約為90%或小于90%(以Cr2O3的量為基準(zhǔn))的處理熔體組成下，生成了Cr7C3或Cr27C6。另一方面，不論Cr2C3的含量如何，若鋁的添加量大于10%(重量百分?jǐn)?shù)，以熔體總量為基準(zhǔn))，則鋁在熔融浴中析出。
圖3反映了用Nb2O5作為表面層形成元素的氧化物所得的結(jié)果。從圖中可以看出，合適的處理熔體組成包括含量約為20%至95%(以Nb2O5的量為基準(zhǔn))的鋁。在鋁與Nb2O5之比這一范圍內(nèi)，形成Nb C層。不論Nb2O5的含量如何，當(dāng)鋁的添加量大于熔體總量的10%(重量百分?jǐn)?shù))時，則鋁從熔浴體中析出。
圖4反映了用Ta2O5作為表面層形成元素的氧化物所得的結(jié)果。從圖中可以看出，合適的處理熔體組成包括含量約為30%至85%(以Ta2O5的量為基準(zhǔn))的鋁。在鋁與Ta2O5之比這一范圍內(nèi)，生成Ta C層。不論Ta2O5的含量如何，當(dāng)鋁的添加量大于熔體總量的10%(以重量計)時，則鋁從熔體中析出。
如前所述，一種包含表面層形成元素的氧化物(一種或幾種)和鋁的熔鹽浴應(yīng)用于本發(fā)明中。由于鋁對氧化物(一種或幾種)的還原作用，致使熔浴中出現(xiàn)表面層形成元素的金屬，由此證實被處理的制品表面生成了碳化物層。
實施例4將脫水硼砂(Na2B4O7)放入由耐熱鋼制成的各只坩堝中，并在電爐中加熱，以使硼砂熔化，由此在各只坩堝中制備了溫度為1000℃的熔浴。然后向各熔浴中添加6.5%(以熔體總量計的重量百分?jǐn)?shù))的鋁塊。接著再分別加入下述量(以熔體總量為基準(zhǔn)的重量百分?jǐn)?shù))的V2O5薄片8%、9%、10%、11%、12%、13%和14%，以至總量達到2公斤。在上述些不同熔浴中，分別浸入兩只由JIS S45C材料制成的圓盤形試驗件(φ34×10mm)每天浸泡2小時，共計5天。浸泡完畢后，使其中一只試驗件立即在空氣中冷卻，由此得到2號試樣;而使另一只試驗件在熔浴表面(810℃～890℃)稍上方保持10分鐘，然后再在空氣中冷卻，于是得到2號試樣。先測定附著在1號試樣上熔浴物質(zhì)的重量，然后用熱水洗滌這兩個試樣(1號和2號)，以除去其上面的處理物質(zhì)，并測定洗滌時間。接著再測定所得試樣的表面氧化部分的比率。取每個試樣5天試驗結(jié)果的平均值，并示于圖5。圖中縱坐標(biāo)(分別)代表附著在試樣上的熔浴劑重量平均值、洗脫附著在試樣上熔浴劑所需時間的平均值、以及試樣表面氧化部分比率的平均值;而橫坐標(biāo)表示熔體中V2O5含量。圖中符號O代表熔浴劑附著量的平均值，符號△代表除去熔浴劑所需的洗滌時間的平均值、而符號□和
代表各試樣表面氧化部分比率的平均值(其中符號□代表1號試樣的表面氧化部分比率，符號
代表2號試樣的表面氧化部分比率)。
圖6至圖8分別表示用Cr2O3、Nb2O5和Ta2O5作為表面層形成元素的氧化物的情況下，通過改變其在熔浴中的添加量而得的結(jié)果，這些圖的表示方式與圖5相同。
如圖5中所示的用V2O5作為表面層形成元素的氧化物的情況下，隨著V2O5含量的增加，熔浴劑附著量也隨之增加。由此可以看出，熔浴劑的粘度上升。當(dāng)V2O5的含量在9～12%(以熔體總量為基準(zhǔn)的重量百分?jǐn)?shù)，下同)的范圍內(nèi)，熔浴劑附著量僅略為增加。然而，當(dāng)V2O5含量超過13%后，附著量迅速增加。而且當(dāng)V2O5含量在9～12%范圍內(nèi)時，洗滌時間相差甚少。但當(dāng)V2O5含量超過13%，洗滌時間亦迅速增加。至于從冷卻期間試樣的氧化來看，當(dāng)試樣在含有9%V2O5的處理熔浴中進行處理后，予以緩慢冷卻，則試樣表面只發(fā)生少量氧化作用，但當(dāng)V2O5的量為9.5%或更高時，即使進行緩慢冷卻，試樣表面亦不發(fā)生氧化。以上結(jié)果可歸納如下在合適熔浴劑中V2O5的含量為9.5～12%(以熔體總量為基準(zhǔn)的重量百分?jǐn)?shù))，亦即當(dāng)V2O5在這一組成范圍內(nèi)時，從熔浴中攜帶出熔浴劑的量很少，洗滌時間短，而且試樣不發(fā)生氧化。同時，在試樣表面形成的VC層的厚度不隨V2O5含量的變化而改變。
圖6表示使用Cr2O3作為表面層形成元素的氧化物所得的結(jié)果。在這種情況下，熔浴劑的附著量、洗脫熔浴劑所需的時間、處理后試樣的氧化狀況均與以上V2O5情況下的結(jié)果相同。最合適的Cr2O3含量被認(rèn)為是在19.0%至21.5%(以熔體總量為基準(zhǔn)的重量百分?jǐn)?shù))的范圍內(nèi)。
圖7表示使用Nb2O5作為表面成形成元素的氧化物所得的結(jié)果，其變化趨勢亦與上述相似。最合適的Nb2O5含量為熔體總量的14～17重量%。
圖8表示使用Ta2O5作為表面層形成元素的氧化物所得的結(jié)果，其變化趨勢與上述相同。最合適的Ta2O5含量為熔體總量的14～16%(以重量計)。
實施例5將脫水硼砂Na2B4O7分別放入三只耐熱鋼制成的坩堝中，并在電爐中加熱，以使硼砂熔化，由此制備溫度為1000℃的熔浴。然后向各只坩堝的熔體中添加占熔體總量10%(以重量計)的V2O5薄片。接著再分別加入占熔體總量3%、5%和7.5%(均以重量計)的鋁塊，以至每只坩堝的熔體總量達到6公斤。按例1所述的同樣方式，將JIS SK4(碳素工具鋼)材料制成的直徑為7毫米的棒狀試驗件在預(yù)定的時間浸入各只坩堝的熔體中，每天一次，并在熔浴內(nèi)保持30分鐘，根據(jù)被處理試驗件上形成的表面層的出現(xiàn)情況來測定熔浴使用壽命。就添加3%(以重量計)鋁的熔浴來說，適用于形成表面層的熔體高度迅速降低，熔體使用壽命僅為2天。另一方面，分別加有5%和7.5%(以重量計)的鋁的兩種熔體，其使用壽命依次為11天和18天。實際上，熔體的使用壽命應(yīng)為6天左右，因此，鋁的添加量必須在4%或4%(以重量計)以上。鑒于處理熔浴中為形成表面層所需的V2O5和鋁含量之間的關(guān)系(如實施例2所示)，最合適的鋁含量是熔浴體總量的4～7.5%(以重量計)。
此外，用Cr2O3、Nb2O5和Ta2O5代替V2O5作為表面層形成元素的氧化物，并分別添加到處理熔浴中，然后進行與上述相同的試驗，所得結(jié)果亦相同，在每一情況下最合適的鋁含量分別如下對于Cr2O34～7.5%(以重量計);
對于Nb2O54～7.5%(以重量計);
對于Ta2O54～7.5%(以重量計)。
而且，按例4所述的同樣方式，通過改變鋁的添加量，以測定處理后試樣上附著的熔浴劑量;洗脫熔浴劑所需的時間;試樣表面氧化部分的比率。不論使用V2O5、Cr2O3、Nb2O5或Ta2O5，若鋁含量在4～7.5%(以熔體總量為基準(zhǔn)的重量百分?jǐn)?shù))的范圍內(nèi)，則不會影響上述因素的值。
權(quán)利要求
1.一種在被處理制品上形成碳化物層或擴散層的方法，它包括1)制備一種含有下述成分的熔鹽浴a)硼砂；b)至少一種表面層形成元素的氧化物，它選自由周期表第V族主族(Va族)元素的氧化物和鉻的氧化物所組成的這一組中的組分；和c)鋁；其中所說至少一種表面層形成元素的氧化物是選自由含量不大于12%的氧化釩、含量不大于17%的氧化鈮、含量不大于16%的氧化鉭，以及含量不大于21.5%的氧化鉻所組成的這一組中的組分，而所說至少一種表面層形成元素的氧化物的總量為9.5～21.5[以上百分?jǐn)?shù)均以熔鹽總量為基準(zhǔn)的重量百分?jǐn)?shù)]，所說鋁的含量為4～7.5%[以熔鹽總量為基準(zhǔn)的重量百分?jǐn)?shù)]，2)將待處理制品浸入所說(熔)鹽浴中。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于所說至少一種表面層形成元素的氧化物是含量為9.5～12%[以熔鹽總量為基準(zhǔn)的重量百分?jǐn)?shù)]的氧化釩。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于所說至少一種表面層形成元素的氧化物是含量為14～17%[以熔鹽總量為基準(zhǔn)的重量百分?jǐn)?shù)]的氧化鈮。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于所說至少一種表面層形成元素的氧化物是含量為14～16%[以熔鹽總量為基準(zhǔn)的重量百分?jǐn)?shù)]的氧化鉭。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于所說至少一種表面層所形成元素的氧化物是含量為19～12.5%[以熔鹽總量為基準(zhǔn)的重量百分?jǐn)?shù)]的氧化鉻。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于所說熔鹽浴的溫度是在700℃至1250℃的范圍內(nèi)。
7.一種用于在被處理制品上形成碳化物層或擴散層的熔浴劑，它包括a)硼砂;b)至少一種表面層形成元素(SFE)的氧化物，它選自由周期表第V族主族(Va族)元素的氧化物和鉻的氧化物所組成的組;和c)鋁，其中所說至少一種表面層形成元素的氧化物是選自由含量不大于12%的氧化釩、含量不大于17%的氧化鈮、含量不大于16%的氧化鉭、以及含量不大于21.5%的氧化鉻所組成的組，而所說至少一種表面層形成元素的氧化物的總量為9.5～21.5%(以上百分?jǐn)?shù)均以熔浴劑總量為基準(zhǔn)的重量百分?jǐn)?shù))，所說鋁含量為4～7.5%(以熔浴劑總量為基準(zhǔn)的重量百分?jǐn)?shù))。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的熔浴劑，其特征在于所說至少一種表面層形成元素的氧化物是含量為9.5～12%(以熔浴劑總量為基準(zhǔn)的重量百分?jǐn)?shù))的氧化釩。
9.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的熔浴劑，其特征在于所說至少一種表面層形成元素的氧化物是含量為14～17%(以熔浴劑總量為基準(zhǔn)的重量百分?jǐn)?shù))的氧化鈮。
10.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的熔浴劑，其特征在于所說至少一種表面層形成元素的氧化物是含量為14～16%(以熔浴劑總量為基準(zhǔn)的重量百分?jǐn)?shù))的氧化鉭。
11.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的熔浴劑，其特征在于所說至少一種表面層形成元素的氧化物是含量為19～21.5%(以熔浴劑總量為基準(zhǔn)的重量百分?jǐn)?shù))的氧化鉻。
專利摘要
一種通過將被處理制品浸入熔鹽浴中，而在其表面形成碳化物層或擴散層的方法及其熔浴劑。所說(熔)鹽浴包括硼砂，至少一種表面層形成元素的氧化物和鋁，其中所說表面層形成元素的氧化物選自由周期表第V族主族元素的氧化物和鉻的氧化物所組成的這一組中的組分，其含量為9.5～21.5％，而鋁含量為4～7.5％(均以熔體總量為基準(zhǔn)的重量百分?jǐn)?shù))。本發(fā)明的處理方法具有熔浴使用壽命長、附在被處理制品上的熔浴劑易于洗脫等優(yōu)點。
文檔編號C23C8/44GK87104782SQ87104782
公開日1988年1月20日 申請日期1987年7月7日
發(fā)明者新牛透, 及川初彥 申請人:株式會社豐田中央研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan