表面处理技术的TD法
钢铁零件表面如果渗钒、铌、钛、钽等合金元素可获得碳化物型渗层。这类渗层的硬度和耐磨性极高，硬度可达1800～3200HV，而且工艺简便易行，不需复杂的设备，应用于模具，可使使用寿命提高几倍乃至几十倍，经济效益很好。形成金属碳化物型渗层有三种方法，即硼砂盐浴法、粉末法和气体法。其中TD法（Thermal Diffusion直译热扩散）是特指以硼砂为基的盐浴渗钒、渗铌、渗铬并形成碳化物的方法，有人又称为反应浸镀法。TD法是在熔融的硼砂中加入欲渗的元素或其合金的粉粒，然后将零件浸入其中，靠欲渗元素原子向零件表面扩散并与零件基体的碳原子形成金属的碳化物覆层来改善零件表层性能的工艺方法。
如果硼砂浴中加入了与氧亲和能力大于硼的活泼元素或化合物作为还原剂，即可还原出活性硼原子，从而实现渗硼；如果向硼砂浴中加入与氧亲和力小于硼的金属及合金如钒、铌、钽、钛、钨、钼、铬、硅及其铁合金等，就不能还原出硼原子，而这些金属在硼砂浴中以高度弥散态悬浮的形式存在，并以硼砂浴为载体，在高温下通过盐浴不断对流，与被处理零件表面接触、吸附并向内部扩散，达到渗金属的目的。与此同时，基体中的碳向表面迁移，从而在表面获得碳化物覆层。
在硼砂浴中加入钒、铬、铌等金属氧化物，并同时添加适量的铝等为还原剂，由于以下反应，也可以获得金属碳化物覆盖层。
Cr2O3＋2A1→A12 O3＋2 [Cr] 3V2O5十10A1→5A12 O3＋6 [V ] 3Nb2O3＋10A1→A12 O3＋6 [Nb ]
硼砂浴中渗金属的处理温度为800～1200℃保持时间为1～l0h。处理后可根据要求油淬或在熔盐中淬火等。
TD法具有以下优点：设备简单，工艺简便易行，无公害；被覆层均匀、致密而平整，与母材结合良好，不易剥落；涂覆材料和基体材料广；价格低廉。
一、盐浴渗钒
盐浴渗钒是在中、高碳钢或合金钢表面，被覆硬度为2800～3200HV的钒碳化物层，以提高模具的耐磨性和抗粘着性能。渗钒可在高温坩埚电阻炉内进行。
渗钒盐浴成分配比：Na2B4O785 %+ V2O5粉10%（或钒铁粉）十Al粉5％；也可以采用钒铁粉10％+ Na2B4O7（脱水）90％。
模具渗钒温度为850～1200℃，渗钒时间2～6h。模具渗钒后可进行空冷、油冷或水冷。
渗钒层厚度为4～16μm，渗层主要由碳化物层和过渡层组成。碳化物层主要由VC多晶体构成，过渡层碳含量和钒含量比碳化物层低。
渗钒件大多为冷作模具，常用钢种为T8、T10、T12、Cr12、Cr12Mo、Cr12MOV、9SiCr、GCr15、CrWMn、W18Cr4V，有时也可用45钢或40Cr。如用中碳钢，最好先渗碳再渗钒，以免贫碳区宽展。模具要求基体有较高强度时，渗钒后应升温如Cr12MoV等，或降温如T10等直接淬火。就模具而言，碳化钒层之下应为回火马氏体，未淬硬区则为索氏体。直接淬火的另一优点是粘附在模具表面的硼砂与渗剂，可在急冷时爆离。
盐浴渗钒可以用于冲裁模、弯曲模、挤压模、切边模、冷徽模、制管模和粉未冶金模等各种冷作模具。例如Cr12落料模、冷墩模、Cr12MoV钢制精冲凸模、翻边凸模、T8、T10、T12钢制橡胶成型凸模、GCr15钢制挤压凹模等，在渗钒淬火回火后比单纯淬火回火件的使用寿命提高几倍至十几倍。如D2钢制冷作模具，VC层的硬度为2800HV左右，耐磨性大大提高，寿命是普通淬火处理件的3倍。再如Cr12钢制M20六角螺母冷墩凹模，经渗钒处理后，使用寿命为15万件，为常规处理的10倍，为盐浴渗硼的1.5倍，且无剥落和起皮现象发生。
二、盐浴渗铌
渗铌也是在硼砂盐浴中进行的。用盐浴渗铌在模具表面处理后，在模具表面被覆以硬度为2100～3500HV的渗铌层，以提高模具的抗磨损、抗咬合、耐氧化和抗热疲劳等性能，它比渗硼和气相沉积碳化钛有更好的性能。
盐浴渗铌可在坩埚电阻炉内进行。坩埚可用2mm厚的1Cr18Ni9Ti板焊成。
硼砂盐浴主要成分为：硼砂、氧化铌或铌粉、铝粉。渗剂成分的配比为：Nb粉7%～10％，Na2B4O7（脱水）90%～93%，也可采用Nb2O5粉10％、A1粉9%，Na2B4O781％（脱水）的配方。
渗铌时先将无水硼砂熔化，然后加入干燥的铌粉，在900～1000℃下加入铝粉后，即可将模具放入盐浴内进行渗铌。然后取出直接淬火再回火，最后清理表面。
盐浴渗铌的特点有： 1、渗铌层的组织
GCr15、45、Cr12MOV、W18Cr4V、3Cr2W8V、20和20 Cr钢等材料渗铌后，可得到一层含Nb为80％的金黄色的铌碳化物层，渗层的组织为NbC。
2、渗铌层的硬度
渗铌层有极高的硬度，可以刻划玻璃。不同材料渗铌层的显微硬度是：GCr15为2900～
3500HV、45钢为2100～2600HV、Cr12MoV钢为3200～3500HV。
3、渗铌层的性能
模具钢经盐浴渗铌后，比渗硼和气相沉积碳化钛有更好的抗磨损、抗咬合、耐氧化和抗热疲劳等性能。
4、渗铌工艺的优点
渗铌工艺具有设备和工艺简单、渗层性能优异、渗层与基体结合牢固、不易剥落等优点。 5、渗铌工艺要点：
1)、模具表面应有低的粗糙度，以免渗铌层深度的不均匀和引起剥落。 2)、盐浴重复使用时，每次在使用前要加入1％～2％盐浴重的铝粉。
3)、渗铌的温度，一般以900～1050℃为宜。低于800℃时，硼砂粘稠，渗速太慢；高于1100℃时，坩埚寿命低，模具的晶粒组织易粗大，影响模具基体的强韧性。
4)、在900～1050℃进行盐浴渗铌时，根据不同的材料和渗层厚度的要求，保温时间以选在4～10h为宜。GCrl5钢在900℃进行6h的渗铌后，渗层的厚度可达24μm，W18Cr4V钢的渗铌层厚度仅为5μm。
渗铌工艺可用于冲模、弯曲模、成形模、拔管模、热锻模和粉末冶金成形模等模具，可以使模具的寿命提高几倍至几十倍。例如Cr12钢制造的冷冲模具，经渗铌后模具硬度高，耐磨性好，使用寿命比常规处理提高5～10倍以上。
三、盐浴渗铬
渗铬具有优良的耐磨性、抗高温氧化和耐磨损性能，适用于碳钢、合金钢和镍基或钴基合金工件。模具零件的渗铬是在硼砂为主的盐浴坩埚炉中进行。
盐浴渗铬渗剂成分的配比为：Cr2O3粉10%～12%、Al粉3%～5％、Na2B4O785%～90%。处理工艺为温度950～1050℃，时间4～6h。
处理工序为把工件浸入盐浴中，取出直接淬火、回火后，再清理表面。
用于制作冷作模具的45钢、65Mn、Cr12MoV、W18Cr4V等钢，在980+10℃渗铬6h后，由（Cr, Fe)23C6及(Cr, Fe)7C3组成的渗层深度在15～27μm之间，碳化物层之下为贫碳区的过渡层。渗铬层表面铬的质量分数应高于25%，高碳钢表面铬的质量分数可高于80%。
中、高碳钢或合金钢渗铬后，表层硬度分别提高到1300～1600HV或1700～1800HV，耐磨性、尤其是抗磨粒磨损性能优良。以45钢为例，渗铬比调质态的磨损量减少95％左右。
表面处理技术的TD法
