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一種鹽浴稀土鉻鈦共滲劑及其應用工藝的制作方法

文檔序號:10580004閱讀:422來源:國知局
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
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