一種金屬材料表面Ti-Cr高硬復合涂層的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種涂層制造工藝，尤其涉及一種具有高硬度、厚度均勻與基底結合 力強的金屬材料表面Ti-Cr高硬復合涂層的制備方法。
【背景技術】
[0002] 金屬材料表面經過化學熱處理，可獲得良好的耐磨、減摩、耐腐蝕、抗氧化等不同 的性能，并且還可以節約稀少、貴重的金屬，開辟了用碳素鋼、低合金鋼代替高合金鋼的途 徑，近十幾年來，高硬復合涂層的應用作為提高刀具、模具和機械零部件等產品耐磨性和使 用壽命的重要途徑，已得到越來越多的研究和應用。
[0003] 中國專利公開號CN101333642A，公開日2008年12月31日，名稱為帶鋼鍍膜方法 及其系統，該申請案公開了一種帶鋼鍍膜方法，該方法主要包括：a)帶鋼開卷后，進入等離 子環境中進行表面清洗和表面活化的前處理；b)前處理后的帶鋼進入真空鍍膜單元，采用 物理氣相沉積工藝實現鍍膜。其不足之處在于，該方法得到的鋼材硬度偏低。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于為了解決現有機械零部件和工件表面耐磨減摩性能不夠的缺 陷而提供一種提高鋼材硬度高、表面耐磨性能及耐腐蝕性能好的金屬材料表面Ti-Cr高硬 復合涂層的制備方法。
[0005] 為了實現上述目地，本發明采用以下技術方案： 一種金屬材料表面Ti-Cr高硬復合涂層的制備方法，所述制備方法包括以下步驟： a) 金屬表面預處理：將需要涂鍍的金屬進行除油、除銹干燥； b) 化學熱處理前處理：將步驟a)預處理后的金屬隨同固體Ti-Cr滲劑一起放入滲罐 中，然后將滲灌放入烘箱，在180-220°C烘25-35min，待罐內有氣體溢出后將罐蓋擰緊密 封； c) 將滲罐放入真空熱處理爐中，對真空腔抽真空，直到真空腔的真空度達到 1-3X 10_2Torr后進行加熱，加熱至在850-950°C下保溫，保溫時間為1. 5-3小時； c)后處理：將步驟c)得到的已經化學熱處理的金屬去除表面殘留滲劑，在鋼表面形成 Ti-Cr高硬復合涂層。在本技術方案中，本發明先對金屬表面進行除油除銹處理，去除金屬 表面的雜質，然后對金屬表面進行化學熱處理，在金屬表面形成Ti-Cr高硬復合涂層，提高 金屬的耐磨性能、提高硬度和抗高溫氧化性能。本發明形成的滲層厚度均勻，與金屬基體形 成冶金結合的過渡層，與基體之間能良好的結合。
[0006] 作為優選，步驟b)中，所述的固體Ti-Cr滲劑由鉻鐵粉、鈦鐵粉與活化劑組成，鉻 鐵粉和鈦鐵粉的粒徑50-200目，鉻鐵粉、鈦鐵粉與活化劑均勻混合。
[0007] 作為優選，固體Ti-Cr滲劑中各組分含量為鉻鐵粉50-60%、鈦鐵粉35-45%、活化劑 5%〇
[0008] 作為優選，步驟a)中金屬件之間、金屬件與滲罐之間間隙不小于10_。
[0009] 作為優選，制得的Ti-Cr高硬復合涂層厚度為5-20μm。
[0010] 作為優選，在加熱、保溫和冷卻過程中保持真空度在1-3X l(T2T〇rr。
[0011] 作為優選，活化劑為氟化鈉。
[0012] 本發明的有益效果是： 1) 本發明生產對環境無污染； 2) 本發明制得的滲層與基體之間形成冶金過渡層，結合強度高；鋼材表面鋁鈦陶瓷膜 與基體結合強度高，膜層的硬度高于HV1500,耐磨性能好，并有良好的抗腐蝕性能； 3) 本發明制得的滲層相結構穩定，厚度均勻過程為不可逆。
【具體實施方式】
[0013] 為了進一步了解本發明，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描述，但是 應當理解，這些描述只是為了進一步說明本發明的特征和優點，而不是對本發明權利要求 的限制。
[0014] 實施例1 一種金屬材料表面Ti-Cr高硬復合涂層的制備方法，所述制備方法包括以下步驟： a) 金屬表面預處理：將金屬在90°C下，20min除油，然后在除銹液中浸泡5min除銹，最 后在50°C下干燥3min ; b) 化學熱處理前處理：將步驟a)預處理后的金屬隨同配制好的固體Ti-Cr滲劑一 起放入滲罐中，金屬件之間、金屬件與滲罐之間間隙不小于l〇mm ;然后將滲灌放入烘箱，在 200°C烘30min，待罐內有氣體溢出后將罐蓋擰緊密封。
[0015] 所用的滲劑，每100克滲劑由以下各組分及含量的物質組成：重量分數50%鈦鐵、 45%鉻鐵、5%氟化鈉。
[0016] 將滲罐放入真空熱處理爐腔，對真空腔抽真空，直到真空腔的真空度達到 1. OX l(T2T〇rr后，加熱至850°C，并保溫3小時后隨爐冷卻至室溫，Ti-Cr高硬復合涂層的 厚度為5iim，硬度為HV Q.Q21600。
[0017] 實施例2 一種金屬材料表面Ti-Cr高硬復合涂層的制備方法，所述制備方法包括以下步驟： a) 金屬表面預處理：將金屬在90°C下，20min除油，然后在除銹液中浸泡5min除銹，最 后在50°C下干燥3min ; b) 化學熱處理前處理：將步驟a)預處理后的金屬隨同配制好的固體Ti-Cr滲劑一 起放入滲罐中，金屬件之間、金屬件與滲罐之間間隙不小于l〇mm ;然后將滲灌放入烘箱，在 180°C烘25min，待罐內有氣體溢出后將罐蓋擰緊密封。
[0018] 所用的滲劑，每100克滲劑由以下各組分及含量的物質組成：重量分數55%鈦鐵、 40%鉻鐵、5%氟化鈉。
[0019] 將滲罐放入真空熱處理爐腔，對真空腔抽真空，直到真空腔的真空度達到 1. 5X l(T2T〇rr后，加熱至900°C，并保溫3小時后隨爐冷卻至室溫，Ti-Cr高硬復合涂層的 厚度為12iim，硬度為HV Q.Q21700。
[0020] 實施例3 一種金屬材料表面Ti-Cr高硬復合涂層的制備方法，所述制備方法包括以下步驟： a) 金屬表面預處理：將金屬在90°C下，20min除油，然后在除銹液中浸泡5min除銹，最 后在50°C下干燥3min; b) 化學熱處理前處理：將步驟a)預處理后的金屬隨同配制好的固體Ti-Cr滲劑一 起放入滲罐中，金屬件之間、金屬件與滲罐之間間隙不小于l〇mm ;然后將滲灌放入烘箱，在 200°C烘30min，待罐內有氣體溢出后將罐蓋擰緊密封。
[0021] 所用的滲劑，每100克滲劑由以下各組分及含量的物質組成：重量分數60%鈦鐵、 35%鉻鐵、5%氟化鈉。
[0022] 將滲罐放入真空熱處理爐腔，對真空腔抽真空，直到真空腔的真空度達到 2. OX l(T2T〇rr后，加熱至950°C，并保溫3小時后隨爐冷卻至室溫，Ti-Cr高硬復合涂層的 厚度為20iim，硬度為HV Q.Q21800。
[0023] 實施例4 一種金屬材料表面Ti-Cr高硬復合涂層的制備方法，所述制備方法包括以下步驟： a) 金屬表面預處理：將金屬在90°C下，20min除油，然后在除銹液中浸泡5min除銹，最 后在50°C下干燥3min; b) 化學熱處理前處理：將步驟a)預處理后的金屬隨同配制好的固體Ti-Cr滲劑一 起放入滲罐中，金屬件之間、金屬件與滲罐之間間隙不小于l〇mm;然后將滲灌放入烘箱，在 220°C烘35min，待罐內有氣體溢出后將罐蓋擰緊密封。
[0024] 所用的滲劑，每100克滲劑由以下各組分及含量的物質組成：重量分數50%鈦鐵、 45%鉻鐵、5%氟化鈉。
[0025] 將滲罐放入真空熱處理爐腔，對真空腔抽真空，直到真空腔的真空度達到 1. OX l(T2T〇rr后，加熱至950°C，并保溫3小時后隨爐冷卻至室溫，Ti-Cr高硬復合涂層的 厚度為18iim，硬度為HV Q.Q21600。
[0026] 實施例5 一種金屬材料表面Ti-Cr高硬復合涂層的制備方法，所述制備方法包括以下步驟： a) 金屬表面預處理：將金屬在90°C下，20min除油，然后在除銹液中浸泡5min除銹，最 后在50°C下干燥3min; b) 化學熱處理前處理：將步驟a)預處理后的金屬隨同配制好的固體Ti-Cr滲劑一 起放入滲罐中，金屬件之間、金屬件與滲罐之間間隙不小于l〇mm;然后將滲灌放入烘箱，在 200°C烘0. 5小時，待罐內有氣體溢出后將罐蓋擰緊密封。
[0027] 所用的滲劑，每100克滲劑由以下各組分及含量的物質組成：重量分數60%鈦鐵、 35%鉻鐵、5%氟化鈉。
[0028] 將滲罐放入真空熱處理爐腔，對真空腔抽真空，直到真空腔的真空度達到 1. OX l(T2T〇rr后，加熱至850°C，并保溫3小時后隨爐冷卻至室溫，Ti-Cr高硬復合涂層的 厚度為8 y m，硬度為HVQ.Q21800。
[0029] 對實施例1-5制得的產品檢測其硬度與厚度，結果見下表： 表1、測試結果
【主權項】
1. 一種金屬材料表面Ti-Cr高硬復合涂層的制備方法，其特征在于，所述制備方法包 括以下步驟： a) 金屬表面預處理：將需要涂鍍的金屬進行除油、除銹干燥； b) 化學熱處理前處理：將步驟a)預處理后的金屬隨同固體Ti-Cr滲劑一起放入滲罐 中，然后將滲灌放入烘箱，在180_220°C烘25-35min，待罐內有氣體溢出后將罐蓋擰緊密 封； c) 將滲罐放入真空熱處理爐中，對真空腔抽真空，直到真空腔的真空度達到 1-3XKT2Torr后進行加熱，加熱至在850-950°C下保溫，保溫時間為1. 5-3小時； c)后處理：將步驟c)得到的已經化學熱處理的金屬去除表面殘留滲劑，在鋼表面形成Ti-Cr高硬復合涂層。
2. 根據權利要求1所述的一種金屬材料表面Ti-Cr高硬復合涂層的制備方法，其特征 在于，步驟b)中，所述的固體Ti-Cr滲劑由鉻鐵粉、鈦鐵粉與活化劑組成，鉻鐵粉和鈦鐵粉 的粒徑50-200目，鉻鐵粉、鈦鐵粉與活化劑均勻混合。
3. 根據權利要求2所述的一種金屬材料表面Ti-Cr高硬復合涂層的制備方法，其特征 在于，固體Ti-Cr滲劑中各組分含量為鉻鐵粉50-60%、鈦鐵粉35-45%、活化劑5%。
4. 根據權利要求1所述的一種金屬材料表面Ti-Cr高硬復合涂層的制備方法，其特征 在于，步驟a)中金屬件之間、金屬件與滲罐之間間隙不小于10mm。
5. 根據權利要求1或2或3或4所述的一種金屬材料表面Ti-Cr高硬復合涂層的制備 方法，其特征在于，制得的Ti-Cr高硬復合涂層厚度為5-20iim。
6. 根據權利要求1或2或3或4所述的一種金屬材料表面Ti-Cr高硬復合涂層的制備 方法，其特征在于，在加熱、保溫和冷卻過程中保持真空度在1-3XKT2Torr。
7. 根據權利要求3所述的一種金屬材料表面Ti-Cr高硬復合涂層的制備方法，其特征 在于，活化劑為氟化鈉。
【專利摘要】本發明涉及一種金屬材料表面Ti-Cr高硬復合涂層的制備方法，所述制備方法包括將需要涂層的金屬表面進行除油、除銹干燥；將預處理后的金屬隨同配制好的固體Ti-Cr滲劑一起放入滲罐中；將滲罐放入烘箱進行烘干，待罐內有氣體溢出后將罐蓋擰緊密封；然后將滲罐放入真空熱處理爐中進行化學熱處理處理，在金屬表面形成高Ti-Cr高硬復合涂層。本發明生產對環境無污染；金屬表面光潔，制得的滲層與基體之間形成冶金過渡層，結合強度高；滲層相結構穩定，厚度均勻，硬度高于HV1500，耐磨性能好，并有良好的抗腐蝕性能。
【IPC分類】C23C10-54
【公開號】CN104694875
【申請號】CN201510061476
【發明人】樓白楊, 杜敬平, 李曉, 徐斌
【申請人】浙江工業大學
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年2月5日