CN113235045A - 一种45钢用耐磨敷层材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种45钢用耐磨敷层材料及制备方法，属于耐磨敷层技术领域，包括TiN及CrN，形成CrN表/TiN/CrN内组织架构，CrN表/TiN/CrN内的外侧设置有水性保护层。本发明提出的一种45钢用耐磨敷层材料及制备方法，因此CrN与钢有良好的结合，CrN表/TiN/CrN内每层的外侧均设置有水性保护层，形成复合结构，不仅可以增强材料的硬度，极大地改善了出来的耐磨性，焊剂431可以有效地去除粉料表面的氧化物,促进CrN表/TiN/CrN内之前的结合,形成一层脱渣与CrN和TiN牢固冶金结合形成一体的耐磨覆层,覆盖在钢结构表面，提高产品寿，制备简便，使用效果好，可广泛用于耐磨零件。
Description
技术领域
本发明涉及耐磨敷层材料技术领域，特别涉及一种45钢用耐磨敷层材料及制备方法。
背景技术
CN201510141891.7公开了一种耐磨耐腐蚀不锈钢色装饰防护用涂层及其制备方法。该方法先进行基体表面预处理，然后制备厚度为5-10微米的硬化层，再采用高离化率的蒸镀技术涂制0.1-0.3微米厚的金属过渡层，最后制备至少三个周期的[CrN-(Cr，X)NQ]n层，总的[CrN-(Cr，X)NQ]n层的厚度为1-1.5微米；[CrN-(Cr，X)NQ]n层La*b*值与抛光不锈钢的色度值一致，不锈钢色涂层的色度控制在L＝81±2，a*＝0.4±1，b*＝2±1，该发明控制(Cr，X)NQ中金属非金属比例、非金属的含量，获得逼近不锈钢色的陶瓷涂层，但硬度不够高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种45钢用耐磨敷层材料及制备方法，不仅可以增强材料的硬度，还可以改善材料韧性，因此极大地改善了出来的耐磨性，以解决上述背景技术中提出的硬度不够高的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种45钢用耐磨敷层材料，包括TiN及CrN，形成CrN表/TiN/CrN内组织架构，CrN表/TiN/CrN内的外侧设置有水性保护层。
进一步地，CrN表、TiN及CrN内的厚度比为1.2:0.8-1.1:0.5，CrN表、TiN和CrN内依次叠加设置，CrN内包覆45钢的表面。
进一步地，CrN表、TiN及CrN内叠加后的厚度为3-3.5μm。
进一步地，水性保护层由丙烯酸酯类流平剂、耐盐雾助剂和和焊剂431组成。
本发明提出的另一种技术方案：包括一种45钢用耐磨敷层材料的制备方法，包括以下步骤：
S1:在45钢试样表面敷CrN内层：将经预处理后的未涂层45钢试样装入涂各炉中，抽真空1-2.5×10-3Pa，同时通电加热，温度升到500-510℃后，打开流量阀，送入Ar气，氩气气流速度为7-9毫升/min，将炉内的压力调节为0.6-0.7Pa，在45钢试样上加负偏电压750-800V，进行辉光溅射20-30min对45钢试样进行清洗；此时调整负偏电压到100-120V，这时，纯铬靶开始工作，靶材电流调节为100-120A，用铬离子高能轰击45钢试样，活化45钢试样的表面，并轰击5-7分钟，打开流量阀送入N2气在45钢试样表面开始形成CrN内层，压力为0.8-0.9Pa，氮气气流速度为50-70毫升/min，工作时间达5-8min后，45钢试样表面敷CrN内层工作结束完成镀膜，45钢试样随炉降温至150℃后取出冷却至常温；
S2:在45钢试样的CrN内层上敷TiN层：将表面敷CrN内层45钢试样装入涂钛炉中，抽真空4×10-3Pa，同时通电加热，温度升到450-480℃后，打开流量阀，送入Ar气，氩气气流速度为7-9毫升/min，将炉内的压力调节为0.6-0.7Pa，此时，在45钢试样上加负偏电压750-800V，进行辉光溅射10-20min对45钢试样进行清洗；此时调整负偏电压到80-90V，这时，纯钛靶开始工作，靶材电流调节为100-120A，用钛离子高能轰击45钢试样，活化45钢试样表面，轰击5-7分钟后，打开流量阀，送入N2气开始形成TiN，压力为0.8-0.9Pa，氮气气流速度为50-70毫升/min，温度制在380℃～420℃，工作时间达60-80min后，表面敷TiN层工作结束；
S3:在45钢试样TiN层上敷CrN表层：将表面敷TiN层的45钢试样装入涂铬炉中，抽真空1-2.5×10-3Pa，同时通电加热，温度升到500-510℃后，打开流量阀，送入Ar气，氩气气流速度为7-9毫升/min，将炉内的压力调节为0.6-0.7Pa，此时，在45钢试样上加负偏电压750-800V，进行辉光溅射5-10min，负偏电压为105-115V，纯铬靶开始工作，靶材电流调节为100-120A，用铬离子高能轰击45钢试样，活化45钢试样表面，轰击1-3分钟后，打开流量阀，送入N2气开始形成CrN表层，压力为0.85-0.95Pa，氮气气流速度为60-80毫升/min，工作时间达20-30min后，表面敷CrN表层工作结束，完成敷膜后，45钢试样随炉降温至150℃后取出常温冷却即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出的一种45钢用耐磨敷层材料及制备方法，打底的Cr与钢基体及CrN均具有很好的结合，因此CrN与钢有良好的结合，CrN表/TiN/CrN内每层的外侧均设置有水性保护层，形成复合结构，不仅可以增强材料的硬度，还可以改善材料韧性，因此极大地改善了出来的耐磨性，焊剂431可以有效地去除粉料表面的氧化物,促进CrN表/TiN/CrN内之前的结合,形成一层脱渣与CrN和TiN牢固冶金结合形成一体的耐磨覆层,覆盖在钢结构表面，产生遮蔽效应，进而提高产品寿，制备简便，成本低，使用效果好，可广泛用于耐磨零件。
附图说明
图1为本发明的耐磨敷层结构图；
图2为本发明的制备流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参阅图1，一种45钢用耐磨敷层材料，包括TiN及CrN，形成CrN表/TiN/CrN内组织架构，CrN表/TiN/CrN内的外侧设置有水性保护层。
CrN表、TiN及CrN内的厚度比为1.2:0.8:0.5，CrN表、TiN和CrN内依次叠加设置，CrN内包覆45钢的表面，CrN表、TiN及CrN内叠加后的厚度为3-3.5μm。
水性保护层由丙烯酸酯类流平剂、耐盐雾助剂和焊剂431组成。
请参阅图2，为了更好展示45钢用耐磨敷层材料制备流程，本实施例展示了45钢用耐磨敷层材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一:在45钢试样表面敷CrN内层：将经预处理后的未涂层45钢试样装入涂各炉中，抽真空1-2.5×10-3Pa，同时通电加热，温度升到500-510℃后，打开流量阀，送入Ar气，氩气气流速度为7-9毫升/min，将炉内的压力调节为0.6-0.7Pa，在45钢试样上加负偏电压750-800V，进行辉光溅射20-30min对45钢试样进行清洗；此时调整负偏电压到100-120V，这时，纯铬靶开始工作，靶材电流调节为100-120A，用铬离子高能轰击45钢试样，活化45钢试样的表面，并轰击5-7分钟，打开流量阀送入N2气在45钢试样表面开始形成CrN内层，压力为0.8-0.9Pa，氮气气流速度为50-70毫升/min，工作时间达5-8min后，45钢试样表面敷CrN内层工作结束完成镀膜，45钢试样随炉降温至150℃后取出冷却至常温；
步骤二:在45钢试样的CrN内层上敷TiN层：将表面敷CrN内层45钢试样装入涂钛炉中，抽真空4×10-3Pa，同时通电加热，温度升到450-480℃后，打开流量阀，送入Ar气，氩气气流速度为7-9毫升/min，将炉内的压力调节为0.6-0.7Pa，此时，在45钢试样上加负偏电压750-800V，进行辉光溅射10-20min对45钢试样进行清洗；此时调整负偏电压到80-90V，这时，纯钛靶开始工作，靶材电流调节为100-120A，用钛离子高能轰击45钢试样，活化45钢试样表面，轰击5-7分钟后，打开流量阀，送入N2气开始形成TiN，压力为0.8-0.9Pa，氮气气流速度为50-70毫升/min，温度制在380℃～420℃，工作时间达60-80min后，表面敷TiN层工作结束；
步骤三:在45钢试样TiN层上敷CrN表层：将表面敷TiN层的45钢试样装入涂铬炉中，抽真空1-2.5×10-3Pa，同时通电加热，温度升到500-510℃后，打开流量阀，送入Ar气，氩气气流速度为7-9毫升/min，将炉内的压力调节为0.6-0.7Pa，此时，在45钢试样上加负偏电压750-800V，进行辉光溅射5-10min，负偏电压为105-115V，纯铬靶开始工作，靶材电流调节为100-120A，用铬离子高能轰击45钢试样，活化45钢试样表面，轰击1-3分钟后，打开流量阀，送入N2气开始形成CrN表层，压力为0.85-0.95Pa，氮气气流速度为60-80毫升/min，工作时间达20-30min后，表面敷CrN表层工作结束，完成敷膜后，45钢试样随炉降温至150℃后取出常温冷却即可。
实施例二：
一种45钢用耐磨敷层材料，包括TiN及CrN，形成CrN表/TiN/CrN内组织架构，CrN表/TiN/CrN内的外侧设置有水性保护层。
CrN表、TiN及CrN内的厚度比为1.2:0.95:0.5，CrN表、TiN和CrN内依次叠加设置，CrN内包覆45钢的表面，CrN表、TiN及CrN内叠加后的厚度为3-3.5μm，水性保护层由丙烯酸酯类流平剂、耐盐雾助剂和焊剂431组成。
该实施例的45钢用耐磨敷层材料制备步骤与实施例一的45钢用耐磨敷层材料制备步骤相同，故在此不做赘述。
实施例三：
一种45钢用耐磨敷层材料，包括TiN及CrN，形成CrN表/TiN/CrN内组织架构，CrN表/TiN/CrN内的外侧设置有水性保护层。
CrN表、TiN及CrN内的厚度比为1.2:1.2:0.5，CrN表、TiN和CrN内依次叠加设置，CrN内包覆45钢的表面，CrN表、TiN及CrN内叠加后的厚度为3-3.5μm，水性保护层由丙烯酸酯类流平剂、耐盐雾助剂和焊剂431组成。
该实施例的45钢用耐磨敷层材料制备步骤与实施例一的45钢用耐磨敷层材料制备步骤相同，故在此不做赘述。
实施例四：
一种45钢用耐磨敷层材料，包括TiN及CrN，形成CrN表/TiN/CrN内组织架构，CrN表/TiN/CrN内的外侧设置有水性保护层。
CrN表、TiN及CrN内的厚度比为1.2:0.6:0.5，CrN表、TiN和CrN内依次叠加设置，CrN内包覆45钢的表面，CrN表、TiN及CrN内叠加后的厚度为3-3.5μm，水性保护层由丙烯酸酯类流平剂、耐盐雾助剂和焊剂431组成。
该实施例的45钢用耐磨敷层材料制备步骤与实施例一的45钢用耐磨敷层材料制备步骤相同，故在此不做赘述。
实施例五：
一种45钢用耐磨敷层材料，包括TiN及CrN，形成CrN表/TiN/CrN内组织架构，CrN表/TiN/CrN内每层的外侧均设置有水性保护层。
CrN表、TiN及CrN内的厚度比为1.2:0.8:1.4，CrN表、TiN和CrN内依次叠加设置，CrN内包覆45钢的表面，CrN表、TiN及CrN内叠加后的厚度为3-3.5μm，水性保护层由丙烯酸酯类流平剂、耐盐雾助剂和焊剂431组成。
该实施例的45钢用耐磨敷层材料制备步骤与实施例一的45钢用耐磨敷层材料制备步骤相同，故在此不做赘述。
根据实施例一、实施例二、实施例三、实施例四和实施例五中成型的耐磨敷层材料与对比例CN201510141891.7进行硬度测试，测试所得结果记录在表1中：
表1硬度测试结果表
根据表格记载实施例一、实施例二、实施例三、实施例四和实施例五与对比例1相比，实施例的硬度与对比例1中硬度相当。
TiN和CrN本身都具有优异的性能，TiN熔点为2950℃，密度为5.43-5.44g/cm3，莫氏硬度8-9，维氏硬度为2300-2500HV，抗热冲击性好，TiN熔点比大多数过渡金属氮化物的熔点高，而密度却比大多数金属氮化物低。氮化钛(TiN)是相当稳定的化合物，在高温下不与铁、铬、钙和镁等金属反应。
CrN相对密度5.9g/cm3，CrN的维氏硬度为1900-2200HV，不溶于水，微溶于王水，对酸或碱都稳定，具有高的硬度和良好的耐磨性，是一种优质耐磨涂层，打底的Cr与钢基体及CrN均具有很好的结合，因此CrN与钢有良好的结合，CrN表/TiN/CrN内每层的外侧均设置有水性保护层，形成复合结构，不仅可以增强材料的硬度，还可以改善材料韧性，因此极大地改善了出来的耐磨性，与钢基体结合良好，流平剂能在CrN表/TiN/CrN内干燥后形成湖面般的流平效果，有效的消除了CrN表/TiN/CrN内的气泡，耐盐雾助剂能在中CrN表/TiN/CrN内产生电阻效应，焊剂431可以有效地去除粉料表面的氧化物,促进CrN表/TiN/CrN内之前的结合,形成一层脱渣与CrN和TiN牢固冶金结合形成一体的耐磨覆层,覆盖在钢结构表面，产生遮蔽效应，除了超高的耐磨能力外，附着力优异，在表面防护中用途最为广泛，将传统的涂层升级为这类新开发的超级耐磨涂层，大幅度提高耐磨水平，进而提高产品寿，制备简便，成本低，使用效果好，可广泛用于耐磨零件。
综上所述；本发明的一种45钢用耐磨敷层材料及制备方法，打底的Cr与钢基体及CrN均具有很好的结合，因此CrN与钢有良好的结合，CrN表/TiN/CrN内每层的外侧均设置有水性保护层，形成复合结构，不仅可以增强材料的硬度，还可以改善材料韧性，因此极大地改善了出来的耐磨性，焊剂431可以有效地去除粉料表面的氧化物,促进CrN表/TiN/CrN内之前的结合,形成一层脱渣与CrN和TiN牢固冶金结合形成一体的耐磨覆层,覆盖在钢结构表面，产生遮蔽效应，进而提高产品寿，制备简便，成本低，使用效果好，可广泛用于耐磨零件。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种45钢用耐磨敷层材料，其特征在于，包括TiN及CrN，形成CrN表/TiN/CrN内组织架构，CrN表/TiN/CrN内的外侧设置有水性保护层。
2.如权利要求1所述的一种45钢用耐磨敷层材料，其特征在于，CrN表、TiN及CrN内的厚度比为1.2:0.8-1.1:0.5，CrN表、TiN和CrN内依次叠加设置，CrN内包覆45钢的表面。
3.如权利要求2所述的一种45钢用耐磨敷层材料，其特征在于，CrN表、TiN及CrN内叠加后的厚度为3-3.5μm。
4.如权利要求3所述的一种45钢用耐磨敷层材料，其特征在于，水性保护层由丙烯酸酯类流平剂、耐盐雾助剂和焊剂431。
5.如权利要求4所述的一种45钢用耐磨敷层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:在45钢试样表面敷CrN内层：将经预处理后的未涂层45钢试样装入涂各炉中，抽真空1-2.5×10-3Pa，同时通电加热，温度升到500-510℃后，打开流量阀，送入Ar气，氩气气流速度为7-9毫升/min，将炉内的压力调节为0.6-0.7Pa，在45钢试样上加负偏电压750-800V，进行辉光溅射20-30min对45钢试样进行清洗；此时调整负偏电压到100-120V，这时，纯铬靶开始工作，靶材电流调节为100-120A，用铬离子高能轰击45钢试样，活化45钢试样的表面，并轰击5-7分钟，打开流量阀送入N2气在45钢试样表面开始形成CrN内层，压力为0.8-0.9Pa，氮气气流速度为50-70毫升/min，工作时间达5-8min后，45钢试样表面敷CrN内层工作结束完成镀膜，45钢试样随炉降温至150℃后取出冷却至常温；
S2:在45钢试样的CrN内层上敷TiN层：将表面敷CrN内层45钢试样装入涂钛炉中，抽真空4×10-3Pa，同时通电加热，温度升到450-480℃后，打开流量阀，送入Ar气，氩气气流速度为7-9毫升/min，将炉内的压力调节为0.6-0.7Pa，此时，在45钢试样上加负偏电压750-800V，进行辉光溅射10-20min对45钢试样进行清洗；此时调整负偏电压到80-90V，这时，纯钛靶开始工作，靶材电流调节为100-120A，用钛离子高能轰击45钢试样，活化45钢试样表面，轰击5-7分钟后，打开流量阀，送入N2气开始形成TiN，压力为0.8-0.9Pa，氮气气流速度为50-70毫升/min，温度制在380℃～420℃，工作时间达60-80min后，表面敷TiN层工作结束；
S3:在45钢试样TiN层上敷CrN表层：将表面敷TiN层的45钢试样装入涂铬炉中，抽真空1-2.5×10-3Pa，同时通电加热，温度升到500-510℃后，打开流量阀，送入Ar气，氩气气流速度为7-9毫升/min，将炉内的压力调节为0.6-0.7Pa，此时，在45钢试样上加负偏电压750-800V，进行辉光溅射5-10min，负偏电压为105-115V，纯铬靶开始工作，靶材电流调节为100-120A，用铬离子高能轰击45钢试样，活化45钢试样表面，轰击1-3分钟后，打开流量阀，送入N2气开始形成CrN表层，压力为0.85-0.95Pa，氮气气流速度为60-80毫升/min，工作时间达20-30min后，表面敷CrN表层工作结束，完成敷膜后，45钢试样随炉降温至150℃后取出常温冷却即可。
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