CN105803383A - 一种盐浴稀土铬钛复合渗剂及其应用工艺 - Google Patents

一种盐浴稀土铬钛复合渗剂及其应用工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及了一种盐浴稀土铬钛复合渗剂，其特征在于按质量百分比计，渗铬剂它包括由二氯化钡43‑49％，氯化钾20‑26％，三氧化二铬8‑12％，铝粉2‑5％，富铈稀土6‑8％，氟化钠6‑10％组成；渗钛剂它包括由二氯化钡43‑49％，氯化钾20‑26％，二氧化钛8‑12％，铝粉2‑5％，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。

Description

一种盐浴稀土铬钛复合渗剂及其应用工艺
技术领域
本发明涉及化学热处理领域，具体涉及一种盐浴稀土铬钛复合渗剂及其应用工艺。
背景技术
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 diffusion)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
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复合渗剂及其应用工艺，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。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：一种盐浴稀土铬钛复合渗剂，其由渗铬剂和渗钛剂组成，其中按质量百分比计，渗铬剂含有以下组分：二氯化钡43-49％，氯化钾20-26％，三氧化二铬8-12％，铝粉2-5％，富铈稀土6-8％，氟化钠6-10％；渗钛剂含有以下组分：二氯化钡43-49％，氯化钾20-26％，二氧化钛8-12％，铝粉2-5％，富铈稀土6-8％，氟化钠6-10％。
所述的盐浴稀土铬钛复合渗剂的应用工艺，其特征在于它包括如下步骤：
(1)称取渗铬剂和渗钛剂，其中按质量百分比计，渗铬剂含有以下组分：二氯化钡43-49％，氯化钾20-26％，三氧化二铬8-12％，铝粉2-5％，富铈稀土6-8％，氟化钠6-10％；渗钛剂含有以下组分：二氯化钡43-49％，氯化钾20-26％，二氧化钛8-12％，铝粉2-5％，富铈稀土6-8％，氟化钠6-10％；
(2)向渗铬盐浴炉坩埚内加入渗铬剂中的二氯化钡和氯化钾，待二氯化钡和氯化钾熔化进行一次升温，再加入混合好的渗铬剂中三氧化二铬和氟化钠，二次升温，再添加用少量渗铬剂中的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)将事先预热的工件试样浸入渗铬盐浴炉中，保温3-4h后，向渗钛盐浴炉坩埚内加入渗钛剂中的二氯化钡和氯化钾，待二氯化钡和氯化钾熔化进行一次升温，再加入混合好的渗钛剂中二氧化钛和氟化钠，二次升温，再添加用少量渗钛剂中的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；
(4)将工件试样从保温5-7h的渗铬盐浴炉中取出来立即放入渗钛盐浴炉内，保温5-7h后，将工件试样取出来放在淬火油中冷却至50-100℃出油空冷，即可获得具有一定厚度的铬钛复合渗梯度覆层的工件。
按上述方案，步骤(2)所述的一次升温温度为820-850℃；二次升温温度为900-920℃，试验温度为930-1000℃，保温时间为0.5-1小时。
按上述方案，步骤(3)所述的一次升温温度为820-850℃；二次升温温度为900-920℃，试验温度为930-1000℃，保温时间为0.5-1小时。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、铬钛复合渗，先渗铬后渗钛，覆层厚度比单一渗层厚；
2、覆层最外层为碳化钛，覆层次外层为碳化铬覆层，最里面为基体；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；同时碳化铬硬度介于碳化钛和基体硬度(700-900HV)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；
3、覆层最表层生成的碳化钛覆层具有较其它碳化物高的硬度和低的摩擦系数，这都降低了磨损，显著提高了覆层的使用寿命；
4、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
图1为实施例1中所得的铬钛复合渗覆层的XRD图谱。
图2为实施例1中所得的铬钛复合渗覆层截面的扫描电镜显微组织图。
图3为实施例1中所得的铬钛复合渗覆层的线扫描图。
图4为实施例1中所得的铬钛复合渗覆层的截面显微硬度图。
具体实施方式
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。
本发明所用的化工原料均为工业级产品。
物相分析方法：利用X-pert PRO MPD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)。
覆层形貌观测方法：用带能谱仪的Philips XL30TMP型扫描电镜观察覆层的厚度及组织形态(如图2所示)。
表面硬度测试方法：用HV-1000B型显微硬度计测试硬度。
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。
实施例1
一种盐浴稀土铬钛复合渗剂，按质量百分比计，渗铬剂它包括由二氯化钡48％，氯化钾24％，三氧化二铬10％，铝粉3％，富铈稀土7％，氟化钠8％组成；渗钛剂它包括由二氯化钡48％，氯化钾24％，二氧化钛10％，铝粉3％，富铈稀土7％，氟化钠8％组成。
一种盐浴稀土铬钛复合渗剂的应用工艺，它包括如下步骤：
(1)按重量百分比计，称取二氯化钡48％，氯化钾24％，三氧化二铬10％，铝粉3％，富铈稀土7％，氟化钠8％，作为渗铬剂备用；再次称取二氯化钡48％，氯化钾24％，二氧化钛10％，铝粉3％，富铈稀土7％，氟化钠8％，作为渗钛剂备用。
(2)按上述渗铬剂配比，向渗铬盐浴炉坩埚内加入将渗铬剂中的二氯化钡和氯化钾，待二氯化钡和氯化钾熔化升温至850℃，再加入混合好的渗铬剂中三氧化二铬和氟化钠。当温度升至900℃，再添加用少量用渗铬剂中的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℃时，保温0.5小时。
(3)将事先预热的工件浸入渗铬盐浴炉中，保温3-4h后，按上述渗钛剂配比，向渗钛盐浴炉坩埚内加入将渗钛剂中的二氯化钡和氯化钾，待二氯化钡和氯化钾熔化升温至850℃，再加入混合好的渗钛剂中二氧化钛和氟化钠。当温度升至900℃，再添加用少量用渗钛剂中的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℃时，保温0.5小时。
(4)将试样从保温6h的渗铬盐浴炉中取出来放在另一个渗钛盐浴炉内，保温6h后，将试样取出来放在淬火油中冷却至100℃出油空冷，即可获得具有一定厚度的铬钛复合渗梯度覆层的工件。
经上述工艺处理后的Cr12MoV钢(工件)，具有如下效果：
(1)覆层物相组成为主要成分为TiC，次表层为Cr23C7和Cr7C3，覆层厚度约为10微米(如图3所示)。
(2)覆层表面硬度为3289HV0.05，覆层截面硬度呈梯度变化(如图4所示)。
(3)覆层的耐磨性是未经处理的Cr12MoV钢的15倍，耐腐蚀性是未经处理的Cr12MoV钢的101倍。
实施例2
一种盐浴稀土铬钛复合渗剂，按质量百分比计，渗铬剂它包括由二氯化钡44％，氯化钾22％，三氧化二铬12％，铝粉5％，富铈稀土8％，氟化钠9％组成；渗钛剂它包括由二氯化钡44％，氯化钾22％，二氧化钛12％，铝粉5％，富铈稀土8％，氟化钠9％组成。
一种盐浴稀土铬钛复合渗剂的应用工艺，它包括如下步骤：
(1)按重量百分比计，称取二氯化钡44％，氯化钾22％，三氧化二铬12％，铝粉5％，富铈稀土8％，氟化钠9％，作为渗铬剂备用；再次称取二氯化钡44％，氯化钾22％，二氧化钛12％，铝粉5％，富铈稀土8％，氟化钠9％，作为渗钛剂备用。
(2)按上述渗铬剂配比，向渗铬盐浴炉坩埚内加入将渗铬剂中的二氯化钡和氯化钾，待二氯化钡和氯化钾熔化升温至850℃，再加入混合好的渗铬剂中三氧化二铬和氟化钠。当温度升至920℃，再添加用少量用渗铬剂中的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℃时，保温0.5小时。
(3)将事先预热的工件浸入渗铬盐浴炉中，保温4h后，按上述渗钛剂配比，向渗钛盐浴炉坩埚内加入将渗钛剂中的二氯化钡和氯化钾，待二氯化钡和氯化钾熔化升温至850℃，再加入混合好的渗钛剂中二氧化钛和氟化钠。当温度升至920℃，再添加用少量用渗钛剂中的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℃时，保温0.5小时。
(4)将试样从保温5h的渗铬盐浴炉中取出来放在另一个渗钛盐浴炉内，保温6h后，将试样取出来放在淬火油中冷却至100℃出油空冷，即可获得具有一定厚度的铬钛复合渗梯度覆层的工件。
经上述工艺处理后的Cr12钢(工件)，具有如下效果：
(4)覆层物相组成为主要成分为TiC，次表层为Cr23C7和Cr7C3，覆层厚度约为11微米。
(5)覆层表面硬度为3365HV0.05，覆层截面硬度呈梯度变化。
(6)覆层的耐磨性是未经处理的Cr12钢的17倍，耐腐蚀性是未经处理的Cr12钢的123倍。
实施例3
一种盐浴稀土铬钛复合渗剂，按质量百分比计，渗铬剂它包括由二氯化钡49％，氯化钾26％，三氧化二铬8％，铝粉2％，富铈稀土6％，氟化钠9％组成；渗钛剂它包括由二氯化钡49％，氯化钾26％，二氧化钛8％，铝粉2％，富铈稀土6％，氟化钠9％组成。
一种盐浴稀土铬钛复合渗剂的应用工艺，它包括如下步骤：
(1)按重量百分比计，称取二氯化钡49％，氯化钾26％，三氧化二铬8％，铝粉2％，富铈稀土6％，氟化钠9％，作为渗铬剂备用；再次称取二氯化钡49％，氯化钾26％，二氧化钛8％，铝粉2％，富铈稀土6％，氟化钠9％，作为渗钛剂备用。
(2)按上述渗铬剂配比，向渗铬盐浴炉坩埚内加入将渗铬剂中的二氯化钡和氯化钾，待二氯化钡和氯化钾熔化升温至850℃，再加入混合好的渗铬剂中三氧化二铬和氟化钠。当温度升至910℃，再添加用少量用渗铬剂中的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℃时，保温0.5小时。
(3)将事先预热的工件浸入渗铬盐浴炉中，保温3-4h后，按上述渗钛剂配比，向渗钛盐浴炉坩埚内加入将渗钛剂中的二氯化钡和氯化钾，待二氯化钡和氯化钾熔化升温至850℃，再加入混合好的渗钛剂中二氧化钛和氟化钠。当温度升至910℃，再添加用少量用渗钛剂中的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℃时，保温0.5小时。
(4)将试样从保温5h的渗铬盐浴炉中取出来放在另一个渗钛盐浴炉内，保温6h后，将试样取出来放在淬火油中冷却至100℃出油空冷，即可获得具有一定厚度的铬钛复合渗梯度覆层的工件。
经上述工艺处理后的Cr4W2MoV钢(工件)，具有如下效果：
(7)覆层物相组成为主要成分为TiC，次表层为Cr23C7和Cr7C3，覆层厚度约为8微米。
(8)覆层表面硬度为3212HV0.05，覆层截面硬度呈梯度变化。
覆层的耐磨性是未经处理的Cr4W2MoV钢的14倍，耐腐蚀性是未经处理的Cr12MoV钢的98倍。

Claims (4)

1.一种盐浴稀土铬钛复合渗剂，其由渗铬剂和渗钛剂组成，其中按质量百分比计，渗铬剂含有以下组分：二氯化钡43-49％，氯化钾20-26％，三氧化二铬8-12％，铝粉2-5％，富铈稀土6-8％，氟化钠6-10％；渗钛剂含有以下组分：二氯化钡43-49％，氯化钾20-26％，二氧化钛8-12％，铝粉2-5％，富铈稀土6-8％，氟化钠6-10％。
2.权利要求1所述的盐浴稀土铬钛复合渗剂的应用工艺，其特征在于它包括如下步骤：
(1)称取渗铬剂和渗钛剂，其中按质量百分比计，渗铬剂含有以下组分：二氯化钡43-49％，氯化钾20-26％，三氧化二铬8-12％，铝粉2-5％，富铈稀土6-8％，氟化钠6-10％；渗钛剂含有以下组分：二氯化钡43-49％，氯化钾20-26％，二氧化钛8-12％，铝粉2-5％，富铈稀土6-8％，氟化钠6-10％；
(2)向渗铬盐浴炉坩埚内加入渗铬剂中的二氯化钡和氯化钾，待二氯化钡和氯化钾熔化进行一次升温,再加入混合好的渗铬剂中三氧化二铬和氟化钠，二次升温，再添加用少量渗铬剂中的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)将事先预热的工件试样浸入渗铬盐浴炉中，保温3-4h后，向渗钛盐浴炉坩埚内加入渗钛剂中的二氯化钡和氯化钾，待二氯化钡和氯化钾熔化进行一次升温,再加入混合好的渗钛剂中二氧化钛和氟化钠，二次升温，再添加用少量渗钛剂中的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；
(4)将工件试样从保温5-7h的渗铬盐浴炉中取出来立即放入渗钛盐浴炉内，保温5-7h后，将工件试样取出来放在淬火油中冷却至50-100℃出油空冷，即可获得具有一定厚度的铬钛复合渗梯度覆层的工件。
3.根据权利要求2所述的盐浴稀土铬钛复合渗剂的应用工艺，其特征在于步骤(2)所述的一次升温温度为820-850℃；二次升温温度为900-920℃，试验温度为930-1000℃，保温时间为0.5-1小时。
4.根据权利要求2所述的盐浴稀土铬钛复合渗剂的应用工艺，其特征在于步骤(3)所述的一次升温温度为820-850℃；二次升温温度为900-920℃，试验温度为930-1000℃，保温时间为0.5-1小时。
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