CN105951036A - 一种盐浴稀土铬钛共渗剂及其应用工艺 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

一种盐浴稀土铬钛共渗剂及其应用工艺
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共渗剂及其应用工艺。
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。
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。
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℃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。
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。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
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；
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；
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；
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；
5、碳化钛覆层比其它盐浴处理的碳化物覆层摩擦系数小；
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
图1为实施例1中所得的铬钛共渗覆层的XRD图谱。
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。
图3为实施例1中所得的铬钛共渗覆层的线扫描图。
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
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 XL30 TMP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。
一种盐浴稀土铬钛共渗剂的应用工艺，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％，备用；
(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850℃，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℃，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℃时，保温0.5小时。
(3)将事先预热的Cr12MoV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100℃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。
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Cr23C7、Cr7C3、此外还有少量的TiC和Cr2Ti，铬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。
(2)覆层表面硬度为3065HV0.05，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17倍，耐腐蚀性是未经处理的Cr12MoV钢的78倍。
实施例2
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。
一种盐浴稀土铬钛共渗剂的应用工艺，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％，二氧化钛12％，三氧化二铬3％，铝粉5％，富铈稀土8％，氟化钠6％，备用；
(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850℃，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℃，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℃时，保温0.5小时。
(3)将事先预热的Cr12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℃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。
经上述工艺处理后的Cr12钢(工件)，具有如下效果：
(1)覆层物相组成为Cr23C7、Cr7C3、此外还有少量的TiC和Cr2Ti，铬元素从表面向基体逐渐减少，覆层厚度约为13微米。
(2)覆层表面硬度为3100HV0.05，覆层截面硬度呈梯度变化。
(3)覆层的耐磨性是未经处理的Cr12MoV钢的18倍，耐腐蚀性是未经处理的Cr12MoV钢的82倍。
实施例3
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。
一种盐浴稀土铬钛共渗剂的应用工艺，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％，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；
(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850℃，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℃，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℃时，保温0.5小时。
(3)将事先预热的Cr4W2MoV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100℃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。
经上述工艺处理后的Cr4W2MoV钢(工件)，具有如下效果：
(1)覆层物相组成为Cr23C7、Cr7C3、此外还有少量的TiC和Cr2Ti，铬元素从表面向基体逐渐减少，覆层厚度约为10微米。
(2)覆层表面硬度为3020HV0.05，覆层截面硬度呈梯度变化。
(3)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62倍。

Claims (3)

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℃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℃；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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