CN105951036B - 一种盐浴稀土铬钛共渗剂及其应用工艺 - Google Patents

一种盐浴稀土铬钛共渗剂及其应用工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN105951036B
CN105951036B CN201610340560.0A CN201610340560A CN105951036B CN 105951036 B CN105951036 B CN 105951036B CN 201610340560 A CN201610340560 A CN 201610340560A CN 105951036 B CN105951036 B CN 105951036B
Authority
CN
China
Prior art keywords
coating
rare earth
salt bath
temperature
potassium chloride
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610340560.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105951036A (zh
Inventor
潘成刚
冯斯琦
刘笃笃
程伟伦
叶传龙
周家林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Original Assignee
Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University of Science and Engineering WUSE filed Critical Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority to CN201610340560.0A priority Critical patent/CN105951036B/zh
Publication of CN105951036A publication Critical patent/CN105951036A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105951036B publication Critical patent/CN105951036B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/18—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions
    • C23C10/26—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions more than one element being diffused

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Treatment Of Metals (AREA)

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。
CN201610340560.0A 2016-05-20 2016-05-20 一种盐浴稀土铬钛共渗剂及其应用工艺 Expired - Fee Related CN105951036B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610340560.0A CN105951036B (zh) 2016-05-20 2016-05-20 一种盐浴稀土铬钛共渗剂及其应用工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610340560.0A CN105951036B (zh) 2016-05-20 2016-05-20 一种盐浴稀土铬钛共渗剂及其应用工艺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105951036A CN105951036A (zh) 2016-09-21
CN105951036B true CN105951036B (zh) 2019-05-24

Family

ID=56910343

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610340560.0A Expired - Fee Related CN105951036B (zh) 2016-05-20 2016-05-20 一种盐浴稀土铬钛共渗剂及其应用工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105951036B (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4526817A (en) * 1982-11-01 1985-07-02 Material Sciences Corporation Process for surface diffusing steel products in coil form
CN1011709B (zh) * 1989-03-04 1991-02-20 国家机械工业委员会武汉材料保护研究所 金属稀土共渗盐浴
CN103103476B (zh) * 2013-01-31 2015-09-30 武汉理工大学 一种盐浴铌铬共渗剂及其应用工艺
CN103589991B (zh) * 2013-10-25 2016-06-01 沈阳建筑大学 一种不锈钢冷冲压模具的稀土渗钒方法
CN104694875A (zh) * 2015-02-05 2015-06-10 浙江工业大学 一种金属材料表面Ti-Cr高硬复合涂层的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105951036A (zh) 2016-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Arai Thermoreactive deposition/diffusion process for surface hardening of steels
Tang et al. Microstructure and mechanical performance of new Al0. 5CrFe1. 5MnNi0. 5 high-entropy alloys improved by plasma nitriding
Liu et al. Laser cladding Ni–Co duplex coating on copper substrate
BR112013002586B1 (pt) chapa de aço para prensagem a quente e método de produção de peças prensadas a quente
Zhong et al. Nickel–tungsten alloy brush plating for engineering applications
Taktak et al. Identification of delamination failure of boride layer on common Cr-based steels
CN111979451B (zh) 一种复合涂层材料、不锈钢表面复合涂层及其制备方法
CN105239037A (zh) 一种链条销轴表面渗钒强化工艺
Ramazonovich et al. Resource-saving manufacturing technologies and thermal hardening of machine parts and tool
Soares et al. Characterization of niobium carbide layers produced in ductile cast iron using thermo-reactive treatments
CN106995910B (zh) 一种覆有碳化物涂层的金属基材料及制备方法
CN112090973B (zh) 用低碳低合金钢制造高性能无缝钢管冷拔模具的工艺
CN114481011A (zh) 一种热模钢低变形量表面强化的固体渗氮工艺
CN105951036B (zh) 一种盐浴稀土铬钛共渗剂及其应用工艺
CN105803383B (zh) 一种盐浴稀土铬钛复合渗剂及其应用工艺
Sireli et al. Surface modification of chromium-silicon martensitic steel by forming hard borides
CA1036976A (en) Anodically dissolving group v-a element into molten borate bath
Pham et al. A study of SiC/Borax liquid boride layer on AISI H13 hot work tool steel
Yao et al. Laser applications in surface modification
Yuan et al. Preparation and property of chromium carbide thermal diffusion coating on cold working die materials
Castillejo-Nieto et al. Wear resistance of vanadium-niobium carbide layers grown via TRD
Singh et al. Thermally Assisted Adhesion Enhancement in High-Phosphorous Electroless Nickel Plating
CA1304658C (en) Method for the surface treatment of an iron or iron alloy article
CN110042400A (zh) 一种铝合金牺牲阳极及其制备方法
Malushin et al. Structure of High-Speed Alloy after Plasma Surfacing in Nitrogen Medium and Heat Treatment

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190524

Termination date: 20210520