一種鹽浴稀土鉻鈦共滲劑及其應用工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及了一種鹽浴稀土鉻鈦共滲劑，其特征在于按質(zhì)量百分比計，它包括由二氯化鋇43?49％，氯化鉀20?26％，二氧化鈦8?12％，三氧化二鉻1?3％，鋁粉3?5％，富鈰稀土6?8％，氟化鈉6?10％組成。本發(fā)明獲得的覆層硬度極高，具有極低的摩擦系數(shù)，同時覆層截面硬度呈現(xiàn)梯度平緩變化，降低了覆層的應力集中，減小了脆裂傾向，提高了覆層抗沖擊能力，大幅提高了冷作模具鋼或機械零部件的使用壽命。
【專利說明】
一種鹽浴稀土鉻鈦共滲劑及其應用工藝
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及化學熱處理領域，具體涉及一種鹽浴稀土鉻鈦共滲劑及其應用工藝。 【背景技術】
[0002]工模具或機械零部件在工作過程中的主要失效形式為磨損、腐蝕和斷裂。而磨損是其失效的最主要的形式。工模具或機械零部件磨損失效主要發(fā)生在表面。所以提高他們的表面性能是提高其壽命的最主要措施。TD(Thermal diffus1n)鹽浴技術具有設備簡單、 操作方便、投資少、強化效果明顯等特點，被認為是低溫工模具或機械零部件理想的表面強化技術。TiC涂層具有極高的硬度和耐磨性，同時具有極低的摩擦系數(shù)，它與鋼的摩擦系數(shù)僅為鋼與鋼的1/7?1/5。單一鹽浴滲鈦覆層具有極高的表面硬度，由于鈦原子比鐵原子尺寸大很多，導致鈦原子很難向基體擴散，進而導致覆層厚度薄且與基體硬度差過大，容易導致應力集中，增加覆層脆性，當覆層在受到較大的沖擊載荷時會出現(xiàn)崩裂或覆層剝落，降低覆層的使用壽命。單一滲鈦覆層無法滿足高壽命的要求。單一滲鉻覆層硬度不高、耐磨性較低。因此，必須對現(xiàn)有技術進行改進。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種鹽浴稀土鉻鈦共滲劑及其應用工藝，所形成的覆層厚度大、硬度高，覆層與工件基體硬度呈梯度分布，應力集中降低，使用壽命長。
[0004]本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為:一種鹽浴稀土鉻鈦共滲劑， 其組分以及組分含量按質(zhì)量百分比計，二氯化鋇43-49%，氯化鉀20-26%，二氧化鈦8-12%，三氧化二鉻1-3%，鋁粉3-5%，富鈰稀土6-8%，氟化鈉6-10%組成。
[0005]所述的鹽浴稀土鉻鈦共滲劑的應用工藝，其特征在于它包括如下步驟:
[0006](1)按質(zhì)量百分比計，稱取二氯化鋇43-49%，氯化鉀20-26%，二氧化鈦8-12%，三氧化二鉻1-3%，鋁粉3-5%，富鈰稀土6-8%，氟化鈉7-9%，備用；
[0007](2)向坩堝內(nèi)加入二氯化鋇和氯化鉀，待二氯化鋇和氯化鉀熔化進行一次升溫，再加入混合好的二氧化鈦、三氧化二鉻和氟化鈉;二次升溫，再添加用少量用二氯化鋇和氯化鉀混合好的鋁粉和富鈰稀土；加入各種試劑的同時，不斷進行攪拌。當溫度達到試驗溫度時，保溫；
[0008](3)將事先預熱的工件浸入鹽浴中，保溫5-7h后，將試樣取出來放在淬火油中冷卻至50-100°C出油空冷，即可獲得具有一定厚度的鉻鈦共滲梯度覆層的工件。
[0009]按上述方案，步驟(2)所述的一次升溫溫度為820-850 °C;二次升溫溫度為900-920 °C，試驗溫度為930-1000°C，保溫時間為0.5-1小時。
[0010]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0011]1、本發(fā)明采用較少的三氧化二鉻，使鋁粉先將三氧化二鉻還原，實現(xiàn)滲鉻;然后鋁粉再將二氧化鈦還原，實現(xiàn)滲鈦。滲鈦的同時，也有部分滲鉻。實現(xiàn)同一溫度下先滲鉻后滲鈦，降低了操作復雜程度和處理時間；
[0012]2、本發(fā)明采用非真空非保護氣氛，降低了設備成本及處理成本；
[0013]3、碳化鈦硬度很高，工件基體的硬度只有700-900HV，當受到較大沖擊載荷，覆層容易出現(xiàn)脫落。本發(fā)明先滲的鉻的原子尺寸與鐵原子尺寸相近，容易固溶入基體工件，形成互擴散；同時碳化鉻的硬度介于碳化鈦和基體工件之間，這都使覆層截面硬度呈現(xiàn)梯度平緩變化，降低了覆層的應力集中，減小了脆裂傾向，提高了覆層抗沖擊能力；
[0014]4、鉻鈦共滲，滲入的鉻鈦元素會發(fā)生相互作用，鉻的加入會增加鈦的擴散速度和深度，覆層厚度比單一滲層厚；
[0015]5、碳化鈦覆層比其它鹽浴處理的碳化物覆層摩擦系數(shù)?。?br>[0016]6、本發(fā)明使用于各種冷作模具的強化處理，特別適合于提高較大動載荷的冷作模具的壽命。應用于各種機械零部件的強化處理?！靖綀D說明】[〇〇17]圖1為實施例1中所得的鉻鈦共滲覆層的XRD圖譜。
[0018]圖2為實施例1中所得的鉻鈦共滲覆層截面的掃描電鏡顯微組織圖。
[0019]圖3為實施例1中所得的鉻鈦共滲覆層的線掃描圖。
[0020]圖4為實施例1中所得的鉻鈦共滲覆層的截面顯微硬度圖。【具體實施方式】
[0021]為了更好地理解本發(fā)明，下面結合實例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不僅局限于下面的實施例。
[0022]本發(fā)明所用的化工原料均為工業(yè)級產(chǎn)品。[〇〇23]物相分析方法:利用X-pert PRO MH)型X射線衍射儀對覆層進行物相分析，得出覆層的相組成及各元素存在狀態(tài)(如圖1所示)。[〇〇24]覆層形貌觀測方法:用帶能譜儀的Philips XL30 TMP型掃描電鏡觀察覆層的厚度及組織形態(tài)(如圖2所示)。[〇〇25] 表面硬度測試方法:用HV-1000B型顯微硬度計測試硬度。
[0026]耐磨性測試方法:采用銷盤式磨損實驗機進行覆層的磨損實驗。[〇〇27] 實施例1[〇〇28] 一種鹽浴稀土鉻鈦共滲劑，按質(zhì)量百分比計，它包括由二氯化鋇46 %，氯化鉀 23%，二氧化鈦10%，三氧化二鉻2%，鋁粉4%，富鈰稀土7%，氟化鈉8%組成。[〇〇29] 一種鹽浴稀土鉻鈦共滲劑的應用工藝，它包括如下步驟:[〇〇3〇] (1)按重量百分比計，稱取二氯化鋇46%，氯化鉀23%，二氧化鈦10%，三氧化二鉻 2%，錯粉4%，富鈰稀土7%，氟化鈉8%，備用；[0031 ](2)按上述配比，向坩堝內(nèi)加入二氯化鋇和氯化鉀，待二氯化鋇和氯化鉀熔化升溫至85〇°C，再加入混合好的二氧化鈦、三氧化二鉻和氟化鈉。當溫度升至900°C，再添加用少量用二氯化鋇和氯化鉀混合好的鋁粉和富鈰稀土。加入各種試劑的同時，不斷進行攪拌。當溫度達到試驗溫度950°C時，保溫0.5小時。[〇〇32](3)將事先預熱的Crl2M〇V鋼(工件)浸入鹽浴中，保溫6h后，將試樣取出來放在淬火油中冷卻至l〇〇°C出油空冷，即可獲得具有一定厚度的鉻鈦共滲梯度覆層的工件。
[0033]經(jīng)上述工藝處理后的Crl2M〇V鋼(工件)，具有如下效果:[〇〇34](1)覆層物相組成為Cr23C7、Cr7C3、此外還有少量的TiC和Cr2Ti，絡元素從表面向基體逐漸減少(如圖3所示)，覆層厚度約為11微米。[〇〇35](2)覆層表面硬度為3065HVQ.Q5，覆層截面硬度呈梯度變化(如圖4所示)。[〇〇36](3)覆層的耐磨性是未經(jīng)處理的Crl2M〇V鋼的17倍，耐腐蝕性是未經(jīng)處理的Crl2MoV鋼的 78 倍。[〇〇37] 實施例2[〇〇38]一種鹽浴稀土鉻鈦共滲劑，按質(zhì)量百分比計，它包括由二氯化鋇44%，氯化鉀22%，二氧化鈦12 %，三氧化二鉻3 %，鋁粉5 %，富鈰稀土8 %，氟化鈉6 %組成。[〇〇39]一種鹽浴稀土鉻鈦共滲劑的應用工藝，它包括如下步驟:[〇〇4〇](1)按重量百分比計，稱取二氯化鋇44%，氯化鉀22%，二氧化鈦12%，三氧化二鉻3%，錯粉5%，富鈰稀土8%，氟化鈉6%，備用；[〇〇411(2)按上述配比，向坩堝內(nèi)加入二氯化鋇和氯化鉀，待二氯化鋇和氯化鉀熔化升溫至85〇°C，再加入混合好的二氧化鈦、三氧化二鉻和氟化鈉。當溫度升至900°C，再添加用少量用二氯化鋇和氯化鉀混合好的鋁粉和富鈰稀土。加入各種試劑的同時，不斷進行攪拌。當溫度達到試驗溫度960°C時，保溫0.5小時。[〇〇42](3)將事先預熱的Crl2鋼(工件)浸入鹽浴中，保溫4h后，將試樣取出來放在淬火油中冷卻至100°C出油空冷，即可獲得具有一定厚度的鉻鈦共滲梯度覆層的工件。
[0043]經(jīng)上述工藝處理后的Crl2鋼(工件)，具有如下效果:[〇〇44](1)覆層物相組成為Cr23C7、Cr7C3、此外還有少量的TiC和Cr2Ti，絡元素從表面向基體逐漸減少，覆層厚度約為13微米。[〇〇45](2)覆層表面硬度為3100HVQ.Q5,覆層截面硬度呈梯度變化。[〇〇46](3)覆層的耐磨性是未經(jīng)處理的Crl2MoV鋼的18倍，耐腐蝕性是未經(jīng)處理的Crl2MoV 鋼的 82 倍。[〇〇47] 實施例3[〇〇48]一種鹽浴稀土鉻鈦共滲劑，按質(zhì)量百分比計，它包括由二氯化鋇48 %，氯化鉀24%，二氧化鈦8 %，三氧化二鉻1 %，鋁粉3 %，富鈰稀土6 %，氟化鈉10 %組成。
[0049]—種鹽浴稀土鉻鈦共滲劑的應用工藝，它包括如下步驟:
[0050](1)按重量百分比計，稱取二氯化鋇48 %，氯化鉀24%，二氧化鈦8%，三氧化二鉻 1%，鋁粉3%，富鈰稀土6%，氟化鈉10%，備用；[0051 ](2)按上述配比，向坩堝內(nèi)加入二氯化鋇和氯化鉀，待二氯化鋇和氯化鉀熔化升溫至85〇°C，再加入混合好的二氧化鈦、三氧化二鉻和氟化鈉。當溫度升至900°C，再添加用少量用二氯化鋇和氯化鉀混合好的鋁粉和富鈰稀土。加入各種試劑的同時，不斷進行攪拌。當溫度達到試驗溫度970°C時，保溫0.5小時。[〇〇52](3)將事先預熱的Cr4W2M〇V鋼(工件)浸入鹽浴中，保溫5h后，將試樣取出來放在淬火油中冷卻至l〇〇°C出油空冷，即可獲得具有一定厚度的鉻鈦共滲梯度覆層的工件。
[0053]經(jīng)上述工藝處理后的Cr4W2MoV鋼(工件)，具有如下效果:[〇〇54](1)覆層物相組成為Cr23C7、Cr7C3、此外還有少量的TiC和Cr2Ti，絡元素從表面向基體逐漸減少，覆層厚度約為10微米。
[0055] (2)覆層表面硬度為3020HVQ.Q5，覆層截面硬度呈梯度變化。[〇〇56] (3 )覆層的耐磨性是未經(jīng)處理的Cr4W2Mo V鋼的14倍，耐腐蝕性是未經(jīng)處理的 Crl2MoV 鋼的 62 倍。
【主權項】
1.一種鹽浴稀土鉻鈦共滲劑，其組分以及組分含量按質(zhì)量百分比計，二氯化鋇43-49%，氯化鉀20-26%，二氧化鈦8-12%，三氧化二鉻1-3%，鋁粉3-5%，富鈰稀土6-8%，氟 化鈉6-10 %組成。2.權利要求1所述的鹽浴稀土鉻鈦共滲劑的應用工藝，其特征在于它包括如下步驟:(1)按質(zhì)量百分比計，稱取二氯化鋇43-49%，氯化鉀20-26%，二氧化鈦8-12%，三氧化 二鉻1-3%，鋁粉3-5%，富鈰稀土6-8%，氟化鈉7-9%，備用；(2)向坩堝內(nèi)加入二氯化鋇和氯化鉀，待二氯化鋇和氯化鉀熔化進行一次升溫，再加入 混合好的二氧化鈦、三氧化二鉻和氟化鈉;二次升溫，再添加用少量用二氯化鋇和氯化鉀混 合好的鋁粉和富鈰稀土;加入各種試劑的同時，不斷進行攪拌，當溫度達到試驗溫度時，保 溫；(3)將事先預熱的工件浸入鹽浴中，保溫5-7h后，將試樣取出來放在淬火油中冷卻至 50-100°C出油空冷，即可獲得具有一定厚度的鉻鈦共滲梯度覆層的工件。3.根據(jù)權利要求2所述的鹽浴稀土鉻鈦共滲劑的應用工藝，其特征在于步驟(2)所述的 一次升溫溫度為820-850°C ;二次升溫溫度為900-920°C，試驗溫度為930-1000°C，保溫時間 為0.5-1小時。
【文檔編號】C23C10/26GK105951036SQ201610340560
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】潘成剛, 馮斯琦, 劉篤篤, 程偉倫, 葉傳龍, 周家林
【申請人】武漢科技大學