專利名稱：一種熱輻射原位制備vc涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱輻射處理，具體指一種熱輻射原位制備VC涂層的方法，在模具鋼和工具鋼表面原位制備超硬VC (碳化釩)涂層，屬于先進(jìn)材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熱輻射處理是將無水硼砂基鹽、FeSi45和FeV50通過1200°C以上的高溫形成鹽浴，然后將工件放入鹽浴中，使鹽浴中的V原子與基體鋼表面的C原子發(fā)生置換，然后在基體表面原位生長VC涂層，其顯微硬度達(dá)到3200HV以上，可以提高模具鋼和工具鋼的耐磨性和抗咬合性能，解決表面拉傷問題，適應(yīng)拉伸模具和工具的耐磨性、耐久性和抗拉傷要求。本發(fā)明專利利用熱輻射技術(shù)通過供釩劑FeV50提供活性V原子與基體鋼中C原子相互擴(kuò)散原位制備了 VC涂層，其界面結(jié)合方式為冶金結(jié)合，提高了涂層結(jié)合強(qiáng)度，適用于模具鋼和工具鋼表面改性處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明試驗(yàn)采用的設(shè)備為有工業(yè)電阻爐，最高加熱溫度1300°C，控溫精度±5°C。制備方法為熱輻射處理的鹽浴成分質(zhì)量百分比85%的基鹽-無水硼砂、3%FeSi45、9%FeV50和3%NaF，先用無水硼砂基鹽啟動(dòng)鹽爐，加熱至750°C左右，等基鹽完全熔化后，再將供釩劑、活化劑和還原劑按上的比例混合均勻后，加入到熔化的基鹽中，然后將其組成的鹽浴加熱至1200-1250°C，再將模具鋼或工具鋼的試樣放入鹽浴中，保溫6h，取出后取出在油中淬火，18(T200°C低溫回火2h或在100°C的水中煮沸6h后，去除試樣表面的基鹽，即可獲得VC涂層。通過鹽浴中供釩劑FeV50提供活性V原子與基體鋼中C原子在基體表面相互擴(kuò)散原位生成VC涂層，在1200°C高溫作用下FeV50中活性V原子首先吸附在基材表面，并溶入基材奧氏體中，形成置換式固溶體，降低了 C原子在奧氏體中溶解度，其多余的C原子將不斷地從奧氏體中脫溶，與鹽浴中V原子反應(yīng)在基材表面形成VC涂層；隨著基材中C原子不斷地向其鋼表面擴(kuò)散，與V原子反應(yīng)，VC涂層厚度不斷增加，宏觀表現(xiàn)為涂層厚度隨著TD處理時(shí)間增加而增加；VC涂層的增長速度主要取決于在碳化物涂層中的，涂層生長速度與其厚度成反比，即在涂層生長初期，涂層生長速度很快，隨著涂層厚度增大，C原子擴(kuò)散速度受到抑制，涂層生長速度逐漸減慢，涂層生長越來越困難；因此，TD處理獲得的VC涂層有一個(gè)合理的厚度范圍。


圖I為V、C原子在結(jié)合界面相互擴(kuò)散過程；
圖2 VC涂層在基材表面的形成過程；
圖3結(jié)合界面能譜分析；
圖4 VC涂層表面-界面形貌；圖5界面結(jié)合強(qiáng)度。
具體實(shí)施例方式( I) V、C原子在結(jié)合界面相互擴(kuò)散過程
以Crl2MoV冷作模具鋼為例，在鹽浴爐中1200°C高溫作用下，基材中C原子和FeV50中活性V原子發(fā)生相互擴(kuò)散如圖1(a)和(b)所示。(2) VC涂層在基材表面的形成過程
首先吸附在基材表面V原子溶入基材奧氏體中，形成置換式固溶體，降低了 C原子在奧氏體中溶解度，在770°c左右發(fā)生V的碳化反應(yīng)，(圖2 (a))即FeV+C=VC+ α -Fe，在1200°C時(shí)，剩余的V未完成的碳化反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，在1200°C時(shí)FeV (a相)開始轉(zhuǎn)變?yōu)閍_Fe和V，當(dāng)C含量高時(shí)其穩(wěn)定相為VC。
(3) VC涂層在基材表面長大過程
涂層的增長速度主要取決于C原子在碳化物涂層中的擴(kuò)散速度，如圖2(b)所示，在涂層生長初期，涂層生長速度很快，隨著涂層厚度增大，涂層生長速度逐漸減慢，可以獲得一定厚度的VC涂層。(4)界面結(jié)合狀態(tài)
V和C原子在結(jié)合界面處的能譜分析如圖3所示，表明VC涂層中C原子是基材中C原子擴(kuò)散的結(jié)果，V原子是由鹽浴中V原子擴(kuò)散滲透而形成，這說明VC涂層與基材元素發(fā)生了相互擴(kuò)散，是良好的冶金結(jié)合。(5)表面-界面形貌
VC涂層表面形貌如圖4(a)所示，在基體與涂層界面處形成了大量的小島及錨點(diǎn)(圖4(b)),涂層已嵌入基體表面，為涂層提供了冶金結(jié)合形式的結(jié)合力。(6)結(jié)合強(qiáng)度
在油中淬火，18(T20(TC低溫回火2h的試樣用劃痕法測得VC涂層結(jié)合強(qiáng)度為48N，如圖5所示，而用100°C的水中煮沸6h后試樣用劃痕法測得VC涂層結(jié)合強(qiáng)度為55N，明顯高于油中淬火，18(T200°C低溫回火2h的試樣。
權(quán)利要求
1.一種熱輻射原位制備VC涂層的方法，熱輻射處理的鹽浴成分質(zhì)量百分比85%的基鹽-無水硼砂、3%FeSi45、9%FeV50和3%NaF，先用無水硼砂基鹽啟動(dòng)鹽爐，加熱至750°C左右，等基鹽完全熔化后，再將供釩劑、活化劑和還原劑按上的比例混合均勻后，加入到熔化的基鹽中，然后將其組成的鹽浴加熱至1200-1250°C，再將模具鋼或工具鋼的試樣放入鹽浴中，保溫6h，其特征在于保溫后，在100°C的水中煮沸6h后，去除試樣表面的基鹽，即可獲得VC涂層。
2.如權(quán)利要求I所述的一種熱輻射原位制備VC涂層的方法，其特征在于所述的鹽爐為工業(yè)電阻爐，最高加熱溫度1300°C，控溫精度±5°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及熱輻射處理，具體指一種熱輻射原位制備VC涂層的方法，在模具鋼和工具鋼表面原位制備超硬VC(碳化釩)涂層，屬于先進(jìn)材料制備領(lǐng)域。制備方法為熱輻射處理的鹽浴成分質(zhì)量百分比85%的基鹽-無水硼砂、3%FeSi45、9%FeV50和3%NaF，先用無水硼砂基鹽啟動(dòng)鹽爐，加熱至750℃左右，等基鹽完全熔化后，再將供釩劑、活化劑和還原劑按上的比例混合均勻后，加入到熔化的基鹽中，然后將其組成的鹽浴加熱至1200-1250℃，再將模具鋼或工具鋼的試樣放入鹽浴中，保溫6h，取出后取出在油中淬火，180~200℃低溫回火2h或在100℃的水中煮沸6h后，去除試樣表面的基鹽，即可獲得VC涂層。
文檔編號(hào)C23C10/24GK102877021SQ20121038052
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月10日
發(fā)明者孔德軍, 付貴忠, 王文昌, 蔡金龍, 張壘, 葉存冬, 吳永忠, 龍丹 申請(qǐng)人:常州大學(xué)