一种盐浴稀土铬钛共渗剂及其应用工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及了一种盐浴稀土铬钛共渗剂，其特征在于按质量百分比计，它包括由二氯化钡43?49％，氯化钾20?26％，二氧化钛8?12％，三氧化二铬1?3％，铝粉3?5％，富铈稀土6?8％，氟化钠6?10％组成。本发明获得的覆层硬度极高，具有极低的摩擦系数，同时覆层截面硬度呈现梯度平缓变化，降低了覆层的应力集中，减小了脆裂倾向，提高了覆层抗冲击能力，大幅提高了冷作模具钢或机械零部件的使用寿命。
【专利说明】
一种盐浴稀土铬钛共渗剂及其应用工艺
技术领域
[0001]本发明涉及化学热处理领域，具体涉及一种盐浴稀土铬钛共渗剂及其应用工艺。 【背景技术】
[0002]工模具或机械零部件在工作过程中的主要失效形式为磨损、腐蚀和断裂。而磨损是其失效的最主要的形式。工模具或机械零部件磨损失效主要发生在表面。所以提高他们的表面性能是提高其寿命的最主要措施。TD(Thermal diffus1n)盐浴技术具有设备简单、 操作方便、投资少、强化效果明显等特点，被认为是低温工模具或机械零部件理想的表面强化技术。TiC涂层具有极高的硬度和耐磨性，同时具有极低的摩擦系数，它与钢的摩擦系数仅为钢与钢的1/7?1/5。单一盐浴渗钛覆层具有极高的表面硬度，由于钛原子比铁原子尺寸大很多，导致钛原子很难向基体扩散，进而导致覆层厚度薄且与基体硬度差过大，容易导致应力集中，增加覆层脆性，当覆层在受到较大的冲击载荷时会出现崩裂或覆层剥落，降低覆层的使用寿命。单一渗钛覆层无法满足高寿命的要求。单一渗铬覆层硬度不高、耐磨性较低。因此，必须对现有技术进行改进。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种盐浴稀土铬钛共渗剂及其应用工艺，所形成的覆层厚度大、硬度高，覆层与工件基体硬度呈梯度分布，应力集中降低，使用寿命长。
[0004]本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为:一种盐浴稀土铬钛共渗剂， 其组分以及组分含量按质量百分比计，二氯化钡43-49%，氯化钾20-26%，二氧化钛8-12%，三氧化二铬1-3%，铝粉3-5%，富铈稀土6-8%，氟化钠6-10%组成。
[0005]所述的盐浴稀土铬钛共渗剂的应用工艺，其特征在于它包括如下步骤:
[0006](1)按质量百分比计，称取二氯化钡43-49%，氯化钾20-26%，二氧化钛8-12%，三氧化二铬1-3%，铝粉3-5%，富铈稀土6-8%，氟化钠7-9%，备用；
[0007](2)向坩埚内加入二氯化钡和氯化钾，待二氯化钡和氯化钾熔化进行一次升温，再加入混合好的二氧化钛、三氧化二铬和氟化钠;二次升温，再添加用少量用二氯化钡和氯化钾混合好的铝粉和富铈稀土；加入各种试剂的同时，不断进行搅拌。当温度达到试验温度时，保温；
[0008](3)将事先预热的工件浸入盐浴中，保温5-7h后，将试样取出来放在淬火油中冷却至50-100°C出油空冷，即可获得具有一定厚度的铬钛共渗梯度覆层的工件。
[0009]按上述方案，步骤(2)所述的一次升温温度为820-850 °C;二次升温温度为900-920 °C，试验温度为930-1000°C，保温时间为0.5-1小时。
[0010]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0011]1、本发明采用较少的三氧化二铬，使铝粉先将三氧化二铬还原，实现渗铬;然后铝粉再将二氧化钛还原，实现渗钛。渗钛的同时，也有部分渗铬。实现同一温度下先渗铬后渗钛，降低了操作复杂程度和处理时间；
[0012]2、本发明采用非真空非保护气氛，降低了设备成本及处理成本；
[0013]3、碳化钛硬度很高，工件基体的硬度只有700-900HV，当受到较大冲击载荷，覆层容易出现脱落。本发明先渗的铬的原子尺寸与铁原子尺寸相近，容易固溶入基体工件，形成互扩散；同时碳化铬的硬度介于碳化钛和基体工件之间，这都使覆层截面硬度呈现梯度平缓变化，降低了覆层的应力集中，减小了脆裂倾向，提高了覆层抗冲击能力；
[0014]4、铬钛共渗，渗入的铬钛元素会发生相互作用，铬的加入会增加钛的扩散速度和深度，覆层厚度比单一渗层厚；
[0015]5、碳化钛覆层比其它盐浴处理的碳化物覆层摩擦系数小；
[0016]6、本发明使用于各种冷作模具的强化处理，特别适合于提高较大动载荷的冷作模具的寿命。应用于各种机械零部件的强化处理。【附图说明】[〇〇17]图1为实施例1中所得的铬钛共渗覆层的XRD图谱。
[0018]图2为实施例1中所得的铬钛共渗覆层截面的扫描电镜显微组织图。
[0019]图3为实施例1中所得的铬钛共渗覆层的线扫描图。
[0020]图4为实施例1中所得的铬钛共渗覆层的截面显微硬度图。【具体实施方式】
[0021]为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅局限于下面的实施例。
[0022]本发明所用的化工原料均为工业级产品。[〇〇23]物相分析方法:利用X-pert PRO MH)型X射线衍射仪对覆层进行物相分析，得出覆层的相组成及各元素存在状态(如图1所示)。[〇〇24]覆层形貌观测方法:用带能谱仪的Philips XL30 TMP型扫描电镜观察覆层的厚度及组织形态(如图2所示)。[〇〇25] 表面硬度测试方法:用HV-1000B型显微硬度计测试硬度。
[0026]耐磨性测试方法:采用销盘式磨损实验机进行覆层的磨损实验。[〇〇27] 实施例1[〇〇28] 一种盐浴稀土铬钛共渗剂，按质量百分比计，它包括由二氯化钡46 %，氯化钾 23%，二氧化钛10%，三氧化二铬2%，铝粉4%，富铈稀土7%，氟化钠8%组成。[〇〇29] 一种盐浴稀土铬钛共渗剂的应用工艺，它包括如下步骤:[〇〇3〇] (1)按重量百分比计，称取二氯化钡46%，氯化钾23%，二氧化钛10%，三氧化二铬 2%，错粉4%，富铈稀土7%，氟化钠8%，备用；[0031 ](2)按上述配比，向坩埚内加入二氯化钡和氯化钾，待二氯化钡和氯化钾熔化升温至85〇°C，再加入混合好的二氧化钛、三氧化二铬和氟化钠。当温度升至900°C，再添加用少量用二氯化钡和氯化钾混合好的铝粉和富铈稀土。加入各种试剂的同时，不断进行搅拌。当温度达到试验温度950°C时，保温0.5小时。[〇〇32](3)将事先预热的Crl2M〇V钢(工件)浸入盐浴中，保温6h后，将试样取出来放在淬火油中冷却至l〇〇°C出油空冷，即可获得具有一定厚度的铬钛共渗梯度覆层的工件。
[0033]经上述工艺处理后的Crl2M〇V钢(工件)，具有如下效果:[〇〇34](1)覆层物相组成为Cr23C7、Cr7C3、此外还有少量的TiC和Cr2Ti，络元素从表面向基体逐渐减少(如图3所示)，覆层厚度约为11微米。[〇〇35](2)覆层表面硬度为3065HVQ.Q5，覆层截面硬度呈梯度变化(如图4所示)。[〇〇36](3)覆层的耐磨性是未经处理的Crl2M〇V钢的17倍，耐腐蚀性是未经处理的Crl2MoV钢的 78 倍。[〇〇37] 实施例2[〇〇38]一种盐浴稀土铬钛共渗剂，按质量百分比计，它包括由二氯化钡44%，氯化钾22%，二氧化钛12 %，三氧化二铬3 %，铝粉5 %，富铈稀土8 %，氟化钠6 %组成。[〇〇39]一种盐浴稀土铬钛共渗剂的应用工艺，它包括如下步骤:[〇〇4〇](1)按重量百分比计，称取二氯化钡44%，氯化钾22%，二氧化钛12%，三氧化二铬3%，错粉5%，富铈稀土8%，氟化钠6%，备用；[〇〇411(2)按上述配比，向坩埚内加入二氯化钡和氯化钾，待二氯化钡和氯化钾熔化升温至85〇°C，再加入混合好的二氧化钛、三氧化二铬和氟化钠。当温度升至900°C，再添加用少量用二氯化钡和氯化钾混合好的铝粉和富铈稀土。加入各种试剂的同时，不断进行搅拌。当温度达到试验温度960°C时，保温0.5小时。[〇〇42](3)将事先预热的Crl2钢(工件)浸入盐浴中，保温4h后，将试样取出来放在淬火油中冷却至100°C出油空冷，即可获得具有一定厚度的铬钛共渗梯度覆层的工件。
[0043]经上述工艺处理后的Crl2钢(工件)，具有如下效果:[〇〇44](1)覆层物相组成为Cr23C7、Cr7C3、此外还有少量的TiC和Cr2Ti，络元素从表面向基体逐渐减少，覆层厚度约为13微米。[〇〇45](2)覆层表面硬度为3100HVQ.Q5,覆层截面硬度呈梯度变化。[〇〇46](3)覆层的耐磨性是未经处理的Crl2MoV钢的18倍，耐腐蚀性是未经处理的Crl2MoV 钢的 82 倍。[〇〇47] 实施例3[〇〇48]一种盐浴稀土铬钛共渗剂，按质量百分比计，它包括由二氯化钡48 %，氯化钾24%，二氧化钛8 %，三氧化二铬1 %，铝粉3 %，富铈稀土6 %，氟化钠10 %组成。
[0049]—种盐浴稀土铬钛共渗剂的应用工艺，它包括如下步骤:
[0050](1)按重量百分比计，称取二氯化钡48 %，氯化钾24%，二氧化钛8%，三氧化二铬 1%，铝粉3%，富铈稀土6%，氟化钠10%，备用；[0051 ](2)按上述配比，向坩埚内加入二氯化钡和氯化钾，待二氯化钡和氯化钾熔化升温至85〇°C，再加入混合好的二氧化钛、三氧化二铬和氟化钠。当温度升至900°C，再添加用少量用二氯化钡和氯化钾混合好的铝粉和富铈稀土。加入各种试剂的同时，不断进行搅拌。当温度达到试验温度970°C时，保温0.5小时。[〇〇52](3)将事先预热的Cr4W2M〇V钢(工件)浸入盐浴中，保温5h后，将试样取出来放在淬火油中冷却至l〇〇°C出油空冷，即可获得具有一定厚度的铬钛共渗梯度覆层的工件。
[0053]经上述工艺处理后的Cr4W2MoV钢(工件)，具有如下效果:[〇〇54](1)覆层物相组成为Cr23C7、Cr7C3、此外还有少量的TiC和Cr2Ti，络元素从表面向基体逐渐减少，覆层厚度约为10微米。
[0055] (2)覆层表面硬度为3020HVQ.Q5，覆层截面硬度呈梯度变化。[〇〇56] (3 )覆层的耐磨性是未经处理的Cr4W2Mo V钢的14倍，耐腐蚀性是未经处理的 Crl2MoV 钢的 62 倍。
【主权项】
1.一种盐浴稀土铬钛共渗剂，其组分以及组分含量按质量百分比计，二氯化钡43-49%，氯化钾20-26%，二氧化钛8-12%，三氧化二铬1-3%，铝粉3-5%，富铈稀土6-8%，氟 化钠6-10 %组成。2.权利要求1所述的盐浴稀土铬钛共渗剂的应用工艺，其特征在于它包括如下步骤:(1)按质量百分比计，称取二氯化钡43-49%，氯化钾20-26%，二氧化钛8-12%，三氧化 二铬1-3%，铝粉3-5%，富铈稀土6-8%，氟化钠7-9%，备用；(2)向坩埚内加入二氯化钡和氯化钾，待二氯化钡和氯化钾熔化进行一次升温，再加入 混合好的二氧化钛、三氧化二铬和氟化钠;二次升温，再添加用少量用二氯化钡和氯化钾混 合好的铝粉和富铈稀土;加入各种试剂的同时，不断进行搅拌，当温度达到试验温度时，保 温；(3)将事先预热的工件浸入盐浴中，保温5-7h后，将试样取出来放在淬火油中冷却至 50-100°C出油空冷，即可获得具有一定厚度的铬钛共渗梯度覆层的工件。3.根据权利要求2所述的盐浴稀土铬钛共渗剂的应用工艺，其特征在于步骤(2)所述的 一次升温温度为820-850°C ;二次升温温度为900-920°C，试验温度为930-1000°C，保温时间 为0.5-1小时。
【文档编号】C23C10/26GK105951036SQ201610340560
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】潘成刚, 冯斯琦, 刘笃笃, 程伟伦, 叶传龙, 周家林
【申请人】武汉科技大学