專利名稱：一種冷作模具鋼的表面強化處理方法
技術領域：
本發明涉及在冷作模具鋼Crl2MoV表面原位生成VC涂層的制備方法，特指在冷作模具鋼基體上原位生長VC涂層的方法，屬于先進材料制備領域。
背景技術：
VC涂層具有高的熔點、顯微硬度、較好的耐腐蝕性能等機械性能，被廣泛應用于工程技術領域。目前VC大多被用于工具材料和耐蝕材料，由于VC的優異性能，它成為制備硬質合金的主要原料，具有高硬度、高耐磨性、高強度和高韌性的硬質合金材料。目前制備的VC涂層比常規硬質合金明顯提高，在難加工金屬材料刀具、電子行業的微型鉆頭、精密模具、醫學等領域已呈現出越來越廣泛的用途。 目前最有效而經濟的解決成形模具表面拉傷問題的表面處理方法是高溫化學氣相沉積(即高溫CVD)和TD覆層處理，日、韓、美已廣泛應用TD覆層處理，國內對于模具表面拉傷問題和提高壽命表面處理工藝研究較少。本專利利用熱輻射(TD)技術在Crl2MoV冷作模具鋼表面制備了 VC涂層，其組織為單一相VC，均勻致密，顯微硬度為3050HV。涂層與基體結合界面為冶金結合，涂層劃痕法的結合強度為60N，有利于提高冷作模具疲勞壽命。
發明內容
本發明試驗采用的主要設備為SG2-5-12坩堝電阻爐，主要參數鉑銠_鉑電偶，最高加熱溫度1200°C， KSJ型溫度控制器自動控溫精度±5°C。輔助設備為電阻式高溫回火爐(工作最高溫度600°C )。 —種冷作模具鋼的表面強化處理方法，其特征在于將冷作模具鋼表面活化后放入攪拌均勻的鹽浴中，保溫溫度為900°C 120(TC，保溫時間設為6h 12h，保溫后取出模具鋼直接油淬，再在180°C 20(TC低溫回火1. 5h 2. 5h。
上述的冷作模具鋼指Crl2MoV鋼。 上述的鹽浴由供釩劑FeV50、還原劑FeSi45及基鹽無水硼砂和活化劑NaF組成，各組分的質量百分含量FeV50 :9 10%， FeSi45 :3 4%，無水硼砂85 86%， NaF :2 3%。 上述的處理方法中，將模具鋼表面活化后以吊掛方式放入攪拌均勻的鹽浴中。
VC涂層制備原理通過TD鹽浴處理中供釩劑FeV50提供活性V原子與Crl2MoV冷作模具鋼中C原子相互擴散的結果。TD處理過程中，在高溫作用下FeV50中活性V原子首先吸附在冷作模具鋼表面時，并溶入Crl2MoV鋼的奧氏體中，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原子結合形成VC涂層。當Crl2MoV鋼中C原子不斷地向Crl2MoV鋼表面擴散，與V原子結合，VC涂層厚度不斷增加，表現為涂層厚度隨著TD處理時間增加而增加。 本發明專利利用熱輻射(TD)技術在Crl2MoV冷作模具鋼表面制備了 VC涂層，其組織為單一相VC，均勻致密；涂層與基體結合界面為冶金結合，有利于提高冷作模具疲勞
3壽命。
圖1為TD處理制備的VC表面SEM
圖2為TD處理制備的VC界面SEM
圖3為TD處理制備的VC表面能譜分析
圖4為TD處理制備的VC界面線能譜分析 l、Cr元素；2、 Si元素；3、 Mo元素；4、V元素；5、Fe元素；6、C元素
具體實施例方式
實施例1，900°C， 12h TD處理，回火2h ;在Crl2MoV冷作模具鋼表面制備了 VC涂層，采用WS-2005薄膜附著力自動劃痕儀測量VC涂層結合強度，當載荷增大到60N時，計算機上顯示的聲發射信號急劇增加，涂層發生開始剝落，此時臨界載荷為60N，即為VC涂層-基體結合強度。VC涂層與基材結合強度較高，這是由于VC涂層-基體之間化學元素相互擴散，促進界面的冶金結合；用HXD-1000型顯微硬度儀測定其顯微硬度為3050HV，基材硬度為HRC60。 實施例2，120(TC，6h TD處理后，回火2. 5h ;VC涂層表面形貌如圖l所示，表面平整，晶粒和粒徑分布都很均勻，孔隙為被KN03腐蝕C原子，且分布均勻。其界面形貌如圖2所示，涂層厚度均勻，致密度和連續性都很好，形成完整的表面覆蓋層，基材與涂層之間擴散明顯，在涂層-基材的界面處有一狹窄的白亮帶，其組織為由基體向外延生長的平面晶，涂層_基體界面為冶金結合形式。 VC涂層表面能譜如圖3所示，主要是由V和C 二種元素組成，且V含量很高，大約是C元素的2倍，覆層為VC涂層，并存在Fe的雜質元素，這表明發生Fe化學元素的遷移。
涂層結合界面上V、C、Si、Cr、Fe、Mo等元素分布如圖4如示，主要是由V、C和Fe組成，并有少量的Cr、Mo、Si等元素，其中V含量17. 46%， C含量45. 53%， Fe含量30. 66%，Cr含量5. 26% ，Mo含量0.63%， Si含量0. 46% 。由圖4化學元素的線能譜分布可見，在結合界面上V、 C、 Cr、 Fe、 Mo等元素發生了相互擴散，且化學元素在涂層深度方向變化比較平緩，涂層與基材是良好的冶金結合。
權利要求
一種冷作模具鋼的表面強化處理方法，其特征在于將冷作模具鋼表面活化后放入攪拌均勻的鹽浴中，保溫溫度為900℃～1200℃，保溫時間設為6h～12h，保溫后取出模具鋼直接油淬，再在180℃～200℃低溫回火1.5h～2.5h。
2. 權利要求1所述的表面強化處理方法，其特征在于上述冷作模具鋼指Crl2MoV鋼。
3. 權利要求1所述的表面強化處理方法，其特征在于上述鹽浴由供釩劑FeV50、還原劑FeSi45及基鹽無水硼砂和活化劑NaF組成；各組分的質量百分含量FeV50 :9 10%，FeSi45 :3 4%，無水硼砂85 86% ， NaF :2 3% 。
4. 權利要求1所述的表面強化處理方法，其特征在于將模具鋼表面活化后以吊掛方式放入攪拌均勻的鹽浴中。
全文摘要
一種冷作模具鋼的表面強化處理方法，將冷作模具鋼表面活化后放入攪拌均勻的鹽浴中，保溫溫度為900℃～1200℃，保溫時間設為6h～12h，保溫后取出模具鋼直接油淬，再在180℃～200℃低溫回火1.5h～2.5h。本發明利用熱輻射(TD)技術在Cr12MoV冷作模具鋼表面制備了VC涂層，其組織為單一相VC，均勻致密；涂層與基體結合界面為冶金結合，有利于提高冷作模具疲勞壽命。
文檔編號C21D1/607GK101717844SQ200910264038
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月29日 優先權日2009年12月29日
發明者嚴越峰, 周朝政, 孔德軍, 張永康, 李健, 王文昌, 胡愛萍 申請人:江蘇工業學院