高温渗硼技术在工业泵中的应用（实用新型专利）
专利名称:高速高温渗硼技术
专利申报单位：河北博龙泵业有限公司
专利发明人：林金钟、李锐
专利申报内容：
一，渗硼技术是多年来各科研院所探讨、研究的主要课题，主要应用于热锻模、拉丝模、挤压模等，还有应用于钢铁厂的各种轧辊（冷轧辊、热轧辊、镀锌轧辊、矫直辊等）各种耐磨件（喷嘴、阀座、金属 密封、炮内管、输送管）各种运动件（齿轮、齿杆、叶轮、泵阀件）等。
二，本专利重点是成功的开发利用TiB2和B4C做为渗硼技术的主要基材，利用先进的高速、高温技术，完成硼化系列材料经强渗处理后，应用于泵业生产中的易损部件（液态金属浸润渗透技术） 我公司于压刨2013年4月开始将渗硼技术列入主要研究、开发课题，分以下步骤循序渐进的研究。
三，渗硼技术的基础材料的筛选
陶土板挂件
经多方论证并参考国内外相关资料，在众多浩繁的材料中，我们选出了以下材料：
ZrB2、GrB2、MoB/MoB2、TiB2/Ai2O3/Ni、TiB2/Ai2O3/Gr、TiB2/Ai2O3/WC-CO、TiB2/Ai2O3/Ni/Ai、ZrB2/ Ai2O3/Ni、Zr/Ai2O3/W-CO
GrB2/ Ai2O3/Ni、TiB2/Ai等。
选择以上材料的原因，是基于这些材料适用于工业泵生产的特性和需要，根据基体材料的特性，决定渗硼材料的使用。
ZrB2(二硼化锆)是人们以前使用ZrC加入20﹪的TiB2复合而成，是较理想的渗透材料（液态金属浸润渗透技术）
四，实验（优选法）
以Zr做为主基材，加入适量的MO(5-10﹪)W-CO(5﹪)做粘结相，采用1900℃热压成型，制作蒸发舟粉末（此实验参考美国Adyahcea Crod的研究成果）俄国人也采取了类似的TiB2/BN/Ai配方,热压成型制作了导电的蒸发舟粉末，日本人利用同样的方法，制作了抗弯强度至少可达900kg/㎝3的材料。
经实验后论证，ZrB2的硬度达到了相应的要求，其耐磨粒磨损和耐冲击、耐腐蚀性能明显不足（图像1-2-6）
GrB2/MO的实验给我们提高了相应的启示，GrB2/MO作为耐腐蚀性、耐冲击的材料性能优异，从实验图像显示铬与硼的金属相形成了交替梯式形状，实验证明GrB2/MO的结合力相对较差，其耐磨性不足，应用于高速高温渗透技术中不是最理想的材料（图像2-5）
五，经过多次实验后的论证，我们最终选取了TiB2/Ai2O3/WC-CO是理想的渗硼材料。
金相显微观察中，由于以上材料各相成份均匀、连续分布、又形成相互交错的网络结构，陶瓷与陶瓷，陶瓷与金属，金属与金属即有化学健合又有金属健合，金属与陶瓷结合非常牢固，融合了金属与陶瓷的综合优异性能，使其粉体具有比WC-CO或Gr3C2/Ni-Gr粉
体更好的理化及力学特性，其极高的硬度，优异的化学稳定性，及高热导率做为工业泵最佳选择（图像7-12）
结论：
材料的选择决定了渗透的实施，优质的材料可以使渗透工艺发挥到极致，选择TiB2/Ai2O3/WC-CO是经众多实验和反复论证中取得的，这是本发明的关键部分。
六，渗透（共渗试验）
（1）设备，井式电热炉
（2）闭式渗透箱
（3）电热偶（2000℃）
（4）渗透助剂
(5)空气压缩机0.3MPa
(6)加压器 50-100 MPa
（7）保温箱 （根据不同工件的选择，确定保温时间）（自控） （8）箱式回火电炉 （炉温 回火时间自控）
七，渗透工序：
（1）根据工件的材质，决定TiB2/Ai2O3/WC-C风机变压器O的用量
（2侧安全气囊）根据工件的形状，选定工艺装备，注意应力集中点，边角处。
（3）将工件置放于井式电热炉中（根据炉内容积放置工件）
（4）闭式渗透箱内放置TiB2/Ai2O3/WC-CO和渗硼助剂（颗粒弥散强化剂）（数量根据工件总面积及渗透层要求厚度乘以系数）
（5）封炉前将热电偶放置炉中（露出部分为温度观察计）
观察升温曲线，保温时间等，工艺参数，以获得预期的高性能功能镀膜。
（6）点燃装置（最好采用2.45GHZ,6KW的微波烧结炉）
电子起动装置通过电热管加温至900℃，掌握加温区域，工件处热度控制在400℃以下。
当TiB2/Ai2O3化工复合软管/WC-CO升温至1600℃，加压器开始加压（空气压缩机气体冷却工件保持工件温度在400℃）加压后的渗透材料，经过高温烧融后利用原子扩散漂移和化学反应原理，硼原子约10υM-30υM的镀层飘散移至工件的表面形成理想的镀层，根据渗透时间掌握镀层厚度。
（7）时间
渗透中严格控制时间，当熔点升至1600℃时，五分钟后关闭加压器，切断加温器，工件随炉降温，当温度（工件温度）降至200℃时，打开炉门，取出工件后放入回火炉，工件做调质处理后，再放入保温箱时效处理（本实验的涂层材料为攀钢特殊工况设计）
八，检验：
（1）目测经渗硼处理的工件应无变形、无弯曲、无烧蚀的现象，工件呈暗灰。
（2）硬度检验，洛氏硬度计，每个工件检测3个点，大工件检测5个点，硬度值应为HRC(60-65)(平均值)
（3）耐磨检验，采取高速无润滑滚动，试验耐磨强度销盘摩擦磨损试验机（加注20-30#电容液位金刚砂加压，往返滚动20分钟，检验工件表面磨损变化：无磨损表面良好。
（4）韧性检验，压力试验机平放工件施压140 MPa/cm，五分钟检验涂层无破裂、开裂，渗硼层厚度为200υM～600υM
九，结论：
经渗TiB2/Ai2O3/WC-CO的泵体零件较双钢铸铁件寿命延长4-6倍。
十，本专利技术适用于渣浆泵、泥浆泵、离心泵、脱硫泵等易磨损、易腐蚀的工业泵，对工件做渗硼处理，可以减少材料损耗，提高功效，，延长产品的使用寿命，减少维修更换次数，节约了维修费用，特别是在油田、化工单位采用效果更明显、更适用。本产品专利无污染，是环保、节能、低耗的新技术（附试验图12页）
河北博龙泵业有限公司
2015年12月
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