CN104694875A - 一种金属材料表面Ti-Cr高硬复合涂层的制备方法 - Google Patents

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楼白杨
杜敬平
李晓
徐斌
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Abstract

本发明涉及一种金属材料表面Ti-Cr高硬复合涂层的制备方法，所述制备方法包括将需要涂层的金属表面进行除油、除锈干燥；将预处理后的金属随同配制好的固体Ti-Cr渗剂一起放入渗罐中；将渗罐放入烘箱进行烘干，待罐内有气体溢出后将罐盖拧紧密封；然后将渗罐放入真空热处理炉中进行化学热处理处理，在金属表面形成高Ti-Cr高硬复合涂层。本发明生产对环境无污染；金属表面光洁，制得的渗层与基体之间形成冶金过渡层，结合强度高；渗层相结构稳定，厚度均匀，硬度高于HV1500，耐磨性能好，并有良好的抗腐蚀性能。

Description

一种金属材料表面Ti-Cr高硬复合涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种涂层制造工艺，尤其涉及一种具有高硬度、厚度均匀与基底结合力强的金属材料表面Ti-Cr高硬复合涂层的制备方法。
背景技术
金属材料表面经过化学热处理，可获得良好的耐磨、减摩、耐腐蚀、抗氧化等不同的性能，并且还可以节约稀少、贵重的金属，开辟了用碳素钢、低合金钢代替高合金钢的途径，近十几年来，高硬复合涂层的应用作为提高刀具、模具和机械零部件等产品耐磨性和使用寿命的重要途径，已得到越来越多的研究和应用。
中国专利公开号CN101333642A，公开日2008年12月31日，名称为带钢镀膜方法及其系统，该申请案公开了一种带钢镀膜方法，该方法主要包括：a）带钢开卷后，进入等离子环境中进行表面清洗和表面活化的前处理；b）前处理后的带钢进入真空镀膜单元，采用物理气相沉积工艺实现镀膜。其不足之处在于，该方法得到的钢材硬度偏低。
发明内容
本发明的目的在于为了解决现有机械零部件和工件表面耐磨减摩性能不够的缺陷而提供一种提高钢材硬度高、表面耐磨性能及耐腐蚀性能好的金属材料表面Ti-Cr高硬复合涂层的制备方法。
为了实现上述目地，本发明采用以下技术方案：
一种金属材料表面Ti-Cr高硬复合涂层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
a）金属表面预处理：将需要涂镀的金属进行除油、除锈干燥；
b）化学热处理前处理：将步骤a）预处理后的金属随同固体Ti-Cr渗剂一起放入渗罐中，然后将渗灌放入烘箱，在180-220℃烘25-35min，待罐内有气体溢出后将罐盖拧紧密封；
c）将渗罐放入真空热处理炉中，对真空腔抽真空，直到真空腔的真空度达到1-3×10-2Torr后进行加热，加热至在850-950℃下保温，保温时间为1.5-3小时；
c）后处理：将步骤c）得到的已经化学热处理的金属去除表面残留渗剂，在钢表面形成Ti-Cr高硬复合涂层。 在本技术方案中，本发明先对金属表面进行除油除锈处理，去除金属表面的杂质，然后对金属表面进行化学热处理，在金属表面形成Ti-Cr高硬复合涂层，提高金属的耐磨性能、提高硬度和抗高温氧化性能。本发明形成的渗层厚度均匀，与金属基体形成冶金结合的过渡层，与基体之间能良好的结合。
作为优选，步骤b）中，所述的固体Ti-Cr渗剂由铬铁粉、钛铁粉与活化剂组成，铬铁粉和钛铁粉的粒径50-200目，铬铁粉、钛铁粉与活化剂均匀混合。
作为优选，固体Ti-Cr渗剂中各组分含量为铬铁粉50-60%、钛铁粉35-45%、活化剂5%。
作为优选，步骤a）中金属件之间、金属件与渗罐之间间隙不小于10mm。
作为优选，制得的Ti-Cr高硬复合涂层厚度为5-20μm。
作为优选，在加热、保温和冷却过程中保持真空度在1-3×10-2Torr。
作为优选，活化剂为氟化钠。
本发明的有益效果是：
1）本发明生产对环境无污染；
2）本发明制得的渗层与基体之间形成冶金过渡层，结合强度高；钢材表面铝钛陶瓷膜与基体结合强度高，膜层的硬度高于HV1500，耐磨性能好，并有良好的抗腐蚀性能；
3）本发明制得的渗层相结构稳定，厚度均匀过程为不可逆。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
一种金属材料表面Ti-Cr高硬复合涂层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
a）金属表面预处理：将金属在90℃下，20min除油，然后在除锈液中浸泡5min除锈，最后在50℃下干燥3min；
b）化学热处理前处理：将步骤a）预处理后的金属随同配制好的固体Ti-Cr渗剂一起放入渗罐中，金属件之间、金属件与渗罐之间间隙不小于10mm；然后将渗灌放入烘箱，在200℃烘30min，待罐内有气体溢出后将罐盖拧紧密封。
所用的渗剂，每100克渗剂由以下各组分及含量的物质组成：重量分数50%钛铁、45%铬铁、5%氟化钠。
将渗罐放入真空热处理炉腔，对真空腔抽真空，直到真空腔的真空度达到1.0×10-2Torr后，加热至850℃，并保温3小时后随炉冷却至室温，Ti-Cr高硬复合涂层的厚度为5μm，硬度为HV0.021600。
实施例2
一种金属材料表面Ti-Cr高硬复合涂层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
a）金属表面预处理：将金属在90℃下，20min除油，然后在除锈液中浸泡5min除锈，最后在50℃下干燥3min；
b）化学热处理前处理：将步骤a）预处理后的金属随同配制好的固体Ti-Cr渗剂一起放入渗罐中，金属件之间、金属件与渗罐之间间隙不小于10mm；然后将渗灌放入烘箱，在180℃烘25min，待罐内有气体溢出后将罐盖拧紧密封。
所用的渗剂，每100克渗剂由以下各组分及含量的物质组成：重量分数55%钛铁、40%铬铁、5%氟化钠。
将渗罐放入真空热处理炉腔，对真空腔抽真空，直到真空腔的真空度达到1.5×10-2Torr后，加热至900℃，并保温3小时后随炉冷却至室温，Ti-Cr高硬复合涂层的厚度为12μm，硬度为HV0.021700。
实施例3
一种金属材料表面Ti-Cr高硬复合涂层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
a）金属表面预处理：将金属在90℃下，20min除油，然后在除锈液中浸泡5min除锈，最后在50℃下干燥3min；
b）化学热处理前处理：将步骤a）预处理后的金属随同配制好的固体Ti-Cr渗剂一起放入渗罐中，金属件之间、金属件与渗罐之间间隙不小于10mm；然后将渗灌放入烘箱，在200℃烘30min，待罐内有气体溢出后将罐盖拧紧密封。
所用的渗剂，每100克渗剂由以下各组分及含量的物质组成：重量分数60%钛铁、35%铬铁、5%氟化钠。
将渗罐放入真空热处理炉腔，对真空腔抽真空，直到真空腔的真空度达到2.0×10-2Torr后，加热至950℃，并保温3小时后随炉冷却至室温，Ti-Cr高硬复合涂层的厚度为20μm，硬度为HV0.021800。
实施例4
一种金属材料表面Ti-Cr高硬复合涂层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
a）金属表面预处理：将金属在90℃下，20min除油，然后在除锈液中浸泡5min除锈，最后在50℃下干燥3min；
b）化学热处理前处理：将步骤a）预处理后的金属随同配制好的固体Ti-Cr渗剂一起放入渗罐中，金属件之间、金属件与渗罐之间间隙不小于10mm；然后将渗灌放入烘箱，在220℃烘35min，待罐内有气体溢出后将罐盖拧紧密封。
所用的渗剂，每100克渗剂由以下各组分及含量的物质组成：重量分数50%钛铁、45%铬铁、5%氟化钠。
将渗罐放入真空热处理炉腔，对真空腔抽真空，直到真空腔的真空度达到1.0×10-2Torr后，加热至950℃，并保温3小时后随炉冷却至室温，Ti-Cr高硬复合涂层的厚度为18μm，硬度为HV0.021600。
实施例5
一种金属材料表面Ti-Cr高硬复合涂层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
a）金属表面预处理：将金属在90℃下，20min除油，然后在除锈液中浸泡5min除锈，最后在50℃下干燥3min；
b）化学热处理前处理：将步骤a）预处理后的金属随同配制好的固体Ti-Cr渗剂一起放入渗罐中，金属件之间、金属件与渗罐之间间隙不小于10mm；然后将渗灌放入烘箱，在200℃烘0.5小时，待罐内有气体溢出后将罐盖拧紧密封。
所用的渗剂，每100克渗剂由以下各组分及含量的物质组成：重量分数60%钛铁、35%铬铁、5%氟化钠。
将渗罐放入真空热处理炉腔，对真空腔抽真空，直到真空腔的真空度达到1.0×10-2Torr后，加热至850℃，并保温3小时后随炉冷却至室温，Ti-Cr高硬复合涂层的厚度为8μm，硬度为HV0.021800。
对实施例1-5制得的产品检测其硬度与厚度，结果见下表：
表1、测试结果
编号 硬度/HV0.02 厚度/μm
实施例1 1600 5
实施例2 1700 10
实施例3 1800 20
实施例4 1600 18
实施例5 1800 8
本发明先对金属将需要涂层的金属表面进行除油、除锈干燥；将预处理后的金属随同配制好的固体Ti-Cr渗剂一起放入渗罐中；将渗罐放入烘箱进行烘干，待罐内有气体溢出后将罐盖拧紧密封；然后将渗罐放入真空热处理炉中进行化学热处理处理，在金属表面形成高Ti-Cr高硬复合涂层。本发明生产对环境无污染；金属表面光洁，制得的渗层与基体之间形成冶金过渡层，结合强度高；渗层相结构稳定，厚度均匀，硬度高于HV1500，耐磨性能好，并有良好的抗腐蚀性能。

Claims (7)

1.一种金属材料表面Ti-Cr高硬复合涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
a）金属表面预处理：将需要涂镀的金属进行除油、除锈干燥；
b）化学热处理前处理：将步骤a）预处理后的金属随同固体Ti-Cr渗剂一起放入渗罐中，然后将渗灌放入烘箱，在180-220℃烘25-35min，待罐内有气体溢出后将罐盖拧紧密封；
c）将渗罐放入真空热处理炉中，对真空腔抽真空，直到真空腔的真空度达到1-3×10-2Torr后进行加热，加热至在850-950℃下保温，保温时间为1.5-3小时；
c）后处理：将步骤c）得到的已经化学热处理的金属去除表面残留渗剂，在钢表面形成Ti-Cr高硬复合涂层。
2.根据权利要求1所述的一种金属材料表面Ti-Cr高硬复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤b）中，所述的固体Ti-Cr渗剂由铬铁粉、钛铁粉与活化剂组成，铬铁粉和钛铁粉的粒径50-200目，铬铁粉、钛铁粉与活化剂均匀混合。
3.根据权利要求2所述的一种金属材料表面Ti-Cr高硬复合涂层的制备方法，其特征在于，固体Ti-Cr渗剂中各组分含量为铬铁粉50-60%、钛铁粉35-45%、活化剂5%。
4.根据权利要求1所述的一种金属材料表面Ti-Cr高硬复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤a）中金属件之间、金属件与渗罐之间间隙不小于10mm。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种金属材料表面Ti-Cr高硬复合涂层的制备方法，其特征在于，制得的Ti-Cr高硬复合涂层厚度为5-20μm。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种金属材料表面Ti-Cr高硬复合涂层的制备方法，其特征在于，在加热、保温和冷却过程中保持真空度在1-3×10-2Torr。
7.根据权利要求3所述的一种金属材料表面Ti-Cr高硬复合涂层的制备方法，其特征在于，活化剂为氟化钠。
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