CN1156598C - 精密叶片热锻模具pcvd等离子体渗镀复合强化方法 - Google Patents
精密叶片热锻模具pcvd等离子体渗镀复合强化方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1156598C CN1156598C CNB021144818A CN02114481A CN1156598C CN 1156598 C CN1156598 C CN 1156598C CN B021144818 A CNB021144818 A CN B021144818A CN 02114481 A CN02114481 A CN 02114481A CN 1156598 C CN1156598 C CN 1156598C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- vapour deposition
- chemical vapour
- plasma
- tin
- activated chemical
- 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
Links
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
本发明公开了一种精密叶片热锻模具的PCVD等离子体渗镀复合强化方法，将经1070℃淬火，530℃回火后的叶片模具(HRC＝43—50)经表面除油、抛光后浸入丙酮中超声波清洗，酒精脱水；然后放入工业型PCVD真空炉内进行等离子体渗氮和PCVD镀膜(TiN或TiCN)处理。经上述渗氮和PCVD镀膜处理后模具表层组织为基体—扩散层—TiN或TiCN膜层，其中，扩散层为氮在α—Fe中的固溶体，无化合物出现，渗氮层约150—180μm，TiN薄膜厚度约为2.0μm，TiCN薄膜厚度约为1.5μm。经过这种复合处理后的表面硬度为Hv1800—2200，高于TiN直接沉积在H13模具基材的表面硬度Hv1500，这归因于渗层较高的支撑能力。同时，渗氮层较强的载荷支撑作用使得薄膜的附着强度有较大幅度提高，适合于更加苛刻的摩擦磨损条件。
Description
技术领域
本发明属于等离子体表面改性领域，进一步涉及一种精密叶片热锻模具的PCVD等离子体渗镀复合强化方法。
背景技术
精密叶片热锻模具是飞机发动机叶片成型的关键工艺装备，用于钛合金、不锈钢和高温镍基合金等叶片材料热锻成型。同时，叶片热锻模具也是服役条件极为苛刻的一类模具产品，突出的表现在三方面：工作环境为高温和急热、急冷，承受载荷为重载和高速冲击，锻压过程为毛胚在模具表面的剧烈大变形和与模具表面的摩擦磨损等，由此导致热锻模型腔面摩擦、磨损及热疲劳等失效，直接影响叶片表面光洁度和模具寿命，使叶片质量稳定性下降和生产成本的大幅增加。因此，提高模具表面质量和使用寿命已成为叶片制造最具核心竞争力的关键技术之一。
目前，有关提高热锻模具表面质量和使用寿命的方法主要从两个方面研究，其一是材料成分设计及热处理，经过几十年的发展，材料体系已相对成熟，材料性能进一步挖掘的潜力有限，如热锻模具材料已由原先的5CrNiMio(高韧性热锻模)、8Cr3(高耐磨热锻模具钢)、3Cr2W8V(H21高热强热锻模钢)发展为现今强韧性配合较好的4Cr5MoSiV(H11)、4Cr5MoSiVl(H13)等；其二是开发各种表面改性技术，改善模具的服役性能。其中，等离子体渗氮是较早用于改善热锻模具磨擦磨损性能的表面技术，国内大约在二十世纪七十年代开始引进和开发，目前已成为工业成熟技术，叶片热锻模具目前普遍的表面改性技术既是等离子体渗氮，它是传统渗碳、渗氮等化学热处理的深化。
随后发展了热锻模具的离子注入技术，包括氮离子和金属离子注入，相继取得了在模具表面离子改性的良好效果。该技术的特点是室温处理，无尺寸变化，注入的视线性明显，故适合于形状较简单的精密热锻模具表面强化。其强化原理主要是超饱和固溶，由于注入表层较薄，强化效果相对有限。
离子镀膜在磨擦学领域的应用给表面强化技术带来了一场革命，它通过在金属表面复合一层陶瓷薄膜使其耐磨性和耐蚀性等发生根本改变。目前已有物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)及等离子体辅助化学气相沉积(PCVD)等方法在不同类型模具上得到应用。表面镀膜的主要问题是薄膜与基体的附着性能，这也是镀与渗、注的主要差别。事实上，各种表面强化技术都有其自身的优缺点，要使其在和其它技术的竞争中取得技术和经济上的优势，各种技术之间必须相互渗透，采其它技术之长或与其它技术相结合以增强核心竞争能力。例如物理气相沉积涂层沉积温度低，生长速率快，但涂层应力大，附着强度较低，在重载冲击条件下易早期剥落；改用化学气相沉积后，附着强度很好，但处理温度偏高，需对钢基体重新淬火硬化，不仅需添置真空淬火设备，防止高温氧化，还可能因为加热冷却使工件变形；离子注入层虽避免了膜基界面问题，但注入层较薄，视线性也难以根本解决，目前的设备和工艺运行成本仍偏高。仅此事例说明综合或复合各种表面强化技术，获得全新的先进改性层结构体系是有望突破现有单项技术的较好途径。将渗、注、镀三类技术相互复合以求得优化效果，代表了表面强化技术的发展方向。现今已发展了一些表面复合技术，如离子束辅助沉积是离子注入和离子束沉积的复合，后者产生的陶瓷薄膜使表层硬度得到极大提高，前者引入的离子注入层使膜与基体的界面性态得到有效改善；又如等离子体渗氮和物理气相沉积薄膜的渗镀复合处理进一步改善了模具的表面性能。但迄今等离子体渗镀复合报道的主要是等离子体渗氮和物理气相沉积薄膜的分离处理(两炉处理)，不但成本高，处理效果也难以适应象热锻模这样的苛刻工况条件。尚未发现针对精密叶片热锻模具的等离子体渗氮和物理气相沉积镀膜的分离处理，更未见有关针对H13材料制成的精密叶片热锻模具的PCVD等离子体同炉渗镀复合处理的报道。
发明内容
本发明的目的皆在提出一种针对H13材料制成的精密叶片热锻模具的PCVD等离子体同炉渗镀复合处理的新方法。利用此发明可使模具的表面处理成本降低，生产效率增加，模具质量明显改善，使用寿命显著提高。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
利用申请人在八六三计划支持下，于1999年初研制开发的工业型脉冲直流等离子体辅助化学气相沉积(PCVD)设备(通过部级鉴定并获国家发明专利，专利号991159594)的工作原理和技术特点，在同炉内先进行叶片热锻模具的等离子体渗氮处理，然后进行镀膜处理。由于PCVD渗氮时组织和层深可控，结合镀膜优化复合，可获得良好结合的渗镀层性能，明显改善了模具的使用寿命，取得了单一处理难以达到的强化效果和分离处理难以降低的生产成本。
本发明的具体方法是：
1)将经1070℃淬火，530℃回火后的叶片模具(HRC＝43-50)经表面除油、抛光后浸入丙酮中超声波清洗，酒精脱水；
2)然后放入工业型PCVD真空炉内进行等离子体渗氮和PCVD TiN镀膜或TiCN镀膜处理。
其中等离子体渗氮工艺条件为：脉冲电压1000V，占空比1∶1，脉冲频率17KHz，温度520℃，气压1000-1500Pa，N2/(N2+H2)比例25％，渗氮时间20-30h。
PCVD TiN镀膜工艺条件：脉冲电压700V，占空比1∶1，脉冲频率17KHz，温度520℃，气压200Pa，N2180ml/min，H2800-1000ml/min，Ar70ml/min，TiC14(载H2)20-40ml/min，沉积时间4-6h。
经上述渗镀复合处理后模具表层组织为基体—扩散层—TiN膜层。其中，扩散层为氮在α-Fe中的固溶体，无化合物出现，扩散层(渗氮层)约150-180μm，TiN膜层厚度约为2.0μm。经过这种复合处理后的表面硬度Hv1800，高于TiN直接沉积在H13模具基材的表面硬度Hv1500，这归因于渗层较高的支撑能力。同时，渗氮层较强的载荷支撑作用使得薄膜的附着强度有较大幅度提高。
PCVD TiCN镀膜工艺条件：脉冲电压700V，占空比1∶1，脉冲频率17KHz，温度520℃，气压200Pa，N230ml/min，CH4120ml/min，H2800-1000ml/min，Ar70ml/min，TiCl4(载H2)20-40ml/min，沉积时间4-6h。
经上述渗镀复合处理后模具表层组织为基体—扩散层—TiCN膜层，其中，扩散层为氮在α-Fe中的固溶体，无化合物出现，扩散层(渗氮层)约150-180μm；TiCN膜层厚度约为1.5μm。
由于碳的加入这种复合处理后模具表面硬度为HV2200，因此，适合于更加苛刻的摩擦磨损条件。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
按照本发明的技术方案，将经1070℃淬火，530℃回火后的叶片模具(HRC＝43-50)经表面除油抛光后浸入丙酮中超声波清洗，酒精脱水；然后放入工业型PCVD真空炉内进行等离子体渗氮和PCVD镀膜(TiN或TiCN)处理。
其中等离子体渗氮工艺条件为：脉冲电压1000V，占空比1∶1，脉冲频率17KHz，温度520℃，气压1000-1500Pa，N2/(N2+H2)比例25％，渗氮时间20-30h。
PCVD TiN镀膜工艺条件：脉冲电压700V，占空比1∶1，脉冲频率17KHz，温度520℃，气压200Pa，N2180ml/min，H2800-1000ml/min，Ar70ml/min，TiCl4(载H2)20-40ml/min，沉积时间4-6h。
PCVD TiCN镀膜工艺条件：脉冲电压700V，占空比1∶1，脉冲频率17KHz，温度520℃，气压200Pa，N230ml/min，CH4120m1/min，H2800-1000ml/min，Ar70ml/min，TiCl4(载H2)20-40ml/min，沉积时间4-6h。
经上述渗镀复合处理后模具表层组织为基体—扩散层—TiCN膜层，其中，扩散层为氮在α-Fe中的固溶体，无化合物出现。
发明人给出了以下的实施例，但本发明不限于这些实施例。
实施例1：
针对180×120×100(长×宽×高)规格的H13材料制成的精密叶片热锻模具，采用本发明的技术方案，用等离子体渗氮和PCVD TiN同炉复合处理工艺参数，在现场锻压钛合金叶片考察，模具寿命由原来热处理时的100件和单一等离子体渗氮的500件提高到1000件，且叶片表面质量明显改善，生产效率大幅提高。
实施例2：
针对240×180×120(长×宽×高)规格的H13材料制成的精密叶片热锻模具，采用本发明的技术方案，用等离子体渗氮和PCVD TiCN同炉复合处理工艺参数，在现场锻压高温镍基合金叶片考察，模具寿命由原来热处理时的100件和单一等离子体渗氮的500件提高到960件，且叶片表面质量明显改善，生产效率大幅提高。
实施例3：
针对240×180×120(长×宽×高)规格的H13材料制成的精密叶片热锻模具，采用本发明的技术方案，用等离子体渗氮和PCVD TiCN同炉复合处理工艺参数，在现场锻压不锈钢叶片考察，模具寿命由原来热处理时的80件和单一等离子体渗氮的300件提高到500件，且叶片表面质量明显改善，生产效率大幅提高。
Claims (4)
1.一种适合于4Cr5MoSiV1材料制备的精密叶片热锻模具等离子体化学气相沉积渗镀复合强化方法，其特征在于，按以下方法进行：
1)将经1070℃淬火，530℃回火后的叶片模具经表面除油、抛光后浸入丙酮中超声波清洗，酒精脱水；
2)然后放入工业型等离子体化学气相沉积真空炉内进行等离子体渗氮和等离子体化学气相沉积TiN镀膜处理；
等离子体渗氮工艺条件为：脉冲电压1000V，占空比1∶1，脉冲频率17KHz，温度520℃，气压1000-1500Pa，N2/(N2+H2)比例25％，渗氮时间20-30h。
等离子体化学气相沉积TiN镀膜的工艺条件为：脉冲电压700V，占空比1∶1，脉冲频率17KHz，温度520℃，气压200Pa，N2180ml/min，H2800-1000ml/min，Ar70ml/min，TiCl4以载H2表示为20-40ml/min，沉积时间4-6h；
经上述渗镀复合处理后模具表层组织为基体—扩散层—TiN膜层；其中，扩散层为氮在α-Fe中的固溶体，无化合物出现，所述扩散层的厚度为150-180μm。
2.一种适合于4Cr5MoSiVl材料制备的精密叶片热锻模具等离子体化学气相沉积渗镀复合强化方法，其特征在于，按以下方法进行：
1)将经1070℃淬火，530℃回火后的叶片模具经表面除油、抛光后浸入丙酮中超声波清洗，酒精脱水；
2)然后放入工业型等离子体化学气相沉积真空炉内进行等离子体渗氮和等离子体化学气相沉积TiCN镀膜处理；
等离子体渗氮工艺条件为：脉冲电压1000V，占空比1∶1，脉冲频率17KHz，温度520℃，气压1000-1500Pa，N2/(N2+H2)比例25％，渗氮时间20-30h。
等离子体化学气相沉积TiCN镀膜的工艺条件为：脉冲电压700V，占空比1∶1，脉冲频率17KHz，温度520℃，气压200Pa，N230ml/min，CH4120ml/min，H2800-1000ml/min，Ar70ml/min，TiCl4以载H2表示为20-40ml/min，沉积时间4-6h；
经上述渗镀复合处理后模具表层组织为基体—扩散层—TiCN膜层；其中，扩散层为氮在α-Fe中的固溶体，无化合物出现，所述扩散层的厚度为150-180μm。
3.如权利要求1所述的适合于4Cr5MoSiVl材料制备的精密叶片热锻模具等离子体化学气相沉积渗镀复合强化方法，其特征在于，所述TiN膜层的厚度为2.0μm。
4.如权利要求2所述的适合于4Cr5MoSiVl材料制备的精密叶片热锻模具等离子体化学气相沉积渗镀复合强化方法，其特征在于，所述TiCN膜层厚度为1.5μm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB021144818A CN1156598C (zh) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | 精密叶片热锻模具pcvd等离子体渗镀复合强化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB021144818A CN1156598C (zh) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | 精密叶片热锻模具pcvd等离子体渗镀复合强化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1392285A CN1392285A (zh) | 2003-01-22 |
| CN1156598C true CN1156598C (zh) | 2004-07-07 |
Family
ID=4743123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB021144818A Expired - Fee Related CN1156598C (zh) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | 精密叶片热锻模具pcvd等离子体渗镀复合强化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1156598C (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100443628C (zh) * | 2006-05-15 | 2008-12-17 | 西安宇杰表面工程有限公司 | 汽车变速箱齿轮刀具表面制备TiNx膜层的工艺 |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102400087A (zh) * | 2010-09-08 | 2012-04-04 | 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 | 一种叶片陶瓷型芯精铸工装的制备方法 |
| CN102877070A (zh) * | 2012-06-14 | 2013-01-16 | 浙江吉利汽车研究院有限公司杭州分公司 | 钢制模具的表面复合处理方法 |
| CN104195553B (zh) * | 2014-08-15 | 2017-01-25 | 陕西天元智能再制造股份有限公司 | 一种挤压模具的表面强化方法 |
| CN105080988B (zh) * | 2015-09-18 | 2017-09-19 | 浙江宏恩智能装备技术有限公司 | 一种基于pcvd处理的铝合金空心管挤出模具 |
| CN105112884B (zh) * | 2015-09-18 | 2018-02-06 | 浙江宏恩智能装备技术有限公司 | 一种铝合金空心管挤出模具的pcvd表面处理方法 |
| CN107059006A (zh) * | 2017-03-24 | 2017-08-18 | 纳狮新材料股份有限公司 | 复合涂层骨骼支架及其制备方法 |
| CN106924811A (zh) * | 2017-03-24 | 2017-07-07 | 纳狮新材料股份有限公司 | 复合涂层人工关节及其制备方法 |
| CN106947971A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-07-14 | 纳狮新材料股份有限公司 | 复合涂层电刀用刀头、其制备方法及电刀 |
| CN106890367A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-06-27 | 纳狮新材料股份有限公司 | 复合涂层手术刀及其制备方法 |
| CN107058938A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-08-18 | 纳狮新材料股份有限公司 | 复合涂层手术剪及其制备方法 |
| CN106947972A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-07-14 | 纳狮新材料股份有限公司 | 复合涂层骨针及其制备方法 |
| CN106917089A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-07-04 | 纳狮新材料股份有限公司 | 复合涂层麻醉针及其制备方法 |
| CN110042341A (zh) * | 2019-04-16 | 2019-07-23 | 太仓久信精密模具股份有限公司 | 一种延长伞齿轮冷温锻模具使用寿命的方法 |
| CN112921325A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-06-08 | 苏州奥维精密机械有限公司 | 一种高稳定性模具钢表面复合双重处理工艺 |
-
2002
- 2002-03-25 CN CNB021144818A patent/CN1156598C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100443628C (zh) * | 2006-05-15 | 2008-12-17 | 西安宇杰表面工程有限公司 | 汽车变速箱齿轮刀具表面制备TiNx膜层的工艺 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1392285A (zh) | 2003-01-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1156598C (zh) | 精密叶片热锻模具pcvd等离子体渗镀复合强化方法 | |
| JP6774135B2 (ja) | クロム被覆を製造する方法および被覆物体 | |
| CN105239039B (zh) | 一种多层纳米复合涂层冲压模具及其制备方法 | |
| CN104480478B (zh) | 一种渗氮pvd复合涂层及其制备方法 | |
| CN105132876B (zh) | 一种钢制齿轮的表面复合处理方法 | |
| CN1669724A (zh) | 耐磨防锈铁锅的生产工艺 | |
| CN103526115B (zh) | 冷作模具材料及适合于冷作模具材料的组合工艺 | |
| CN105420669A (zh) | 一种用于永磁体防腐前处理的气相沉积方法 | |
| CN105420673A (zh) | 一种用于橡胶模具的类金刚石微纳米涂层及制备方法 | |
| CN105220120A (zh) | 一种多层复合类富勒烯薄膜在汽车发动机上产业化的方法 | |
| CN113774315A (zh) | 一种航空重载齿轮及其制备方法 | |
| CN110616401B (zh) | 一种耐磨液压泵零件的制备方法 | |
| CN112962047A (zh) | 一种钛或钛合金表面制备Ti-Al系中间相/Ti-Al-C系MAX相复合涂层的方法 | |
| CN110629170B (zh) | 一种提高高压液压泵零件耐磨性的方法 | |
| CN108070817B (zh) | 一种金属模具钢表面复合双重处理方法 | |
| CN103045998A (zh) | 一种含有CrNiTiAlN五元涂层的制品及制备方法 | |
| CN109518184B (zh) | 一种Hf-BHfN-BHfNC复合涂层刀具及其制备方法 | |
| CN109338280B (zh) | 一种三代渗碳钢渗碳后氮化方法 | |
| CN113667943B (zh) | 钛合金表面制备Ti/TiN复合涂层的方法及复合涂层 | |
| CN112553660B (zh) | 一种铝合金表面电镀铬与pvd镀膜复合强化方法 | |
| CN110055495B (zh) | 一种CrFe+(Cr,Fe)N代铬镀层及其制备方法 | |
| US20200318232A1 (en) | Post-processing method for improving anti-wear and friction-reducing properties of crn coating | |
| CN102808145A (zh) | 一种具有耐高温涂层的锌合金模具的制备方法 | |
| CN113322464B (zh) | 一种钛或钛合金表面制备Ti-Al系中间相/Ti-Al-N系MAX相复合涂层的方法 | |
| CN111378929A (zh) | 一种新型p涂层 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |