CN102877021A - 一种热辐射原位制备vc涂层的方法 - Google Patents

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付贵忠
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本发明涉及热辐射处理，具体指一种热辐射原位制备VC涂层的方法，在模具钢和工具钢表面原位制备超硬VC（碳化钒）涂层，属于先进材料制备领域。制备方法为：热辐射处理的盐浴成分质量百分比：85%的基盐-无水硼砂、3%FeSi45、9%FeV50和3%NaF，先用无水硼砂基盐启动盐炉，加热至750℃左右，等基盐完全熔化后，再将供钒剂、活化剂和还原剂按上的比例混合均匀后，加入到熔化的基盐中，然后将其组成的盐浴加热至1200-1250℃，再将模具钢或工具钢的试样放入盐浴中，保温6h，取出后取出在油中淬火，180~200℃低温回火2h或在100℃的水中煮沸6h后，去除试样表面的基盐，即可获得VC涂层。

Description

一种热辐射原位制备VC涂层的方法
技术领域
本发明涉及热辐射处理，具体指一种热辐射原位制备VC涂层的方法，在模具钢和工具钢表面原位制备超硬VC（碳化钒）涂层，属于先进材料制备领域。
背景技术
热辐射处理是将无水硼砂基盐、FeSi45和FeV50通过1200℃以上的高温形成盐浴，然后将工件放入盐浴中，使盐浴中的V原子与基体钢表面的C原子发生置换，然后在基体表面原位生长VC涂层，其显微硬度达到3200HV以上，可以提高模具钢和工具钢的耐磨性和抗咬合性能，解决表面拉伤问题，适应拉伸模具和工具的耐磨性、耐久性和抗拉伤要求。
本发明专利利用热辐射技术通过供钒剂FeV50提供活性V原子与基体钢中C原子相互扩散原位制备了VC涂层，其界面结合方式为冶金结合，提高了涂层结合强度，适用于模具钢和工具钢表面改性处理。
发明内容
本发明试验采用的设备为有工业电阻炉，最高加热温度1300℃，控温精度±5℃。制备方法为：热辐射处理的盐浴成分质量百分比：85%的基盐-无水硼砂、3%FeSi45、9%FeV50和3%NaF，先用无水硼砂基盐启动盐炉，加热至750℃左右，等基盐完全熔化后，再将供钒剂、活化剂和还原剂按上的比例混合均匀后，加入到熔化的基盐中，然后将其组成的盐浴加热至1200-1250℃，再将模具钢或工具钢的试样放入盐浴中，保温6h，取出后取出在油中淬火，180~200℃低温回火2h或在100℃的水中煮沸6h后，去除试样表面的基盐，即可获得VC涂层。
通过盐浴中供钒剂FeV50提供活性V原子与基体钢中C原子在基体表面相互扩散原位生成VC涂层，在1200℃高温作用下FeV50中活性V原子首先吸附在基材表面，并溶入基材奥氏体中，形成置换式固溶体，降低了C原子在奥氏体中溶解度，其多余的C原子将不断地从奥氏体中脱溶，与盐浴中V原子反应在基材表面形成VC涂层；随着基材中C原子不断地向其钢表面扩散，与V原子反应，VC涂层厚度不断增加，宏观表现为涂层厚度随着TD处理时间增加而增加；VC涂层的增长速度主要取决于在碳化物涂层中的，涂层生长速度与其厚度成反比，即在涂层生长初期，涂层生长速度很快，随着涂层厚度增大，C原子扩散速度受到抑制，涂层生长速度逐渐减慢，涂层生长越来越困难；因此，TD处理获得的VC涂层有一个合理的厚度范围。
附图说明
图1为V、C原子在结合界面相互扩散过程；
图2 VC涂层在基材表面的形成过程；
图3 结合界面能谱分析；
图4 VC涂层表面-界面形貌；
图5 界面结合强度。
具体实施方式
（1）V、C原子在结合界面相互扩散过程
以Cr12MoV冷作模具钢为例，在盐浴炉中1200℃高温作用下，基材中C原子和FeV50中活性V原子发生相互扩散如图1(a)和(b)所示。
（2）VC涂层在基材表面的形成过程
首先吸附在基材表面V原子溶入基材奥氏体中，形成置换式固溶体，降低了C原子在奥氏体中溶解度，在770℃左右发生V的碳化反应，(图2(a))即FeV+C=VC+α-Fe，在1200℃时，剩余的V未完成的碳化反应继续进行，在1200℃时FeV(a相)开始转变为a-Fe和V，当C含量高时其稳定相为VC。
（3）VC涂层在基材表面长大过程
涂层的增长速度主要取决于C原子在碳化物涂层中的扩散速度，如图2(b)所示，在涂层生长初期，涂层生长速度很快，随着涂层厚度增大，涂层生长速度逐渐减慢，可以获得一定厚度的VC涂层。
（4）界面结合状态
V和C原子在结合界面处的能谱分析如图3所示，表明VC涂层中C原子是基材中C原子扩散的结果，V原子是由盐浴中V原子扩散渗透而形成，这说明VC涂层与基材元素发生了相互扩散，是良好的冶金结合。
（5）表面-界面形貌
VC涂层表面形貌如图4(a)所示，在基体与涂层界面处形成了大量的小岛及锚点(图4(b))，涂层已嵌入基体表面，为涂层提供了冶金结合形式的结合力。
（6）结合强度
在油中淬火，180~200℃低温回火2h的试样用划痕法测得VC涂层结合强度为48N，如图5所示，而用100℃的水中煮沸6h后试样用划痕法测得VC涂层结合强度为55N，明显高于油中淬火，180~200℃低温回火2h的试样。

Claims (2)

1.一种热辐射原位制备VC涂层的方法，热辐射处理的盐浴成分质量百分比：85%的基盐-无水硼砂、3%FeSi45、9%FeV50和3%NaF，先用无水硼砂基盐启动盐炉，加热至750℃左右，等基盐完全熔化后，再将供钒剂、活化剂和还原剂按上的比例混合均匀后，加入到熔化的基盐中，然后将其组成的盐浴加热至1200-1250℃，再将模具钢或工具钢的试样放入盐浴中，保温6h，其特征在于：保温后，在100℃的水中煮沸6h后，去除试样表面的基盐，即可获得VC涂层。
2.如权利要求1所述的一种热辐射原位制备VC涂层的方法，其特征在于：所述的盐炉为工业电阻炉，最高加热温度1300℃，控温精度±5℃。
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