一种粉末渗钒剂和工模刀具激光重熔复合渗钒的强化方法

摘要

本发明公开了一种粉末渗钒剂，包括：稀土氧化物粉：1～4％；氧化铝粉：40～50％；钒铁粉：40～50％；氯化铵粉：1～4％；氯化亚铜粉：1％～2％；其中，将所述稀土氧化物粉、所述氧化铝粉、所述钒铁粉、所述氯化铵粉以及所述氯化亚铜粉均匀混合，且它们的质量百分比之和为100％。采用不同质量配比的稀土氧化物，氧化铝粉，钒铁粉和氯化铵粉末球磨混合，渗层致密且强韧性好，表面平整。本发明还提供一种工模刀具激光重熔复合渗钒的强化方法，采用激光前处理易于操作，渗层形成速度快，渗层与基体结合力强。

说明书

技术领域

本发明涉及一种粉末渗钒剂和工模刀具激光重熔复合渗钒的强化方法，属于化学热处理领域。

背景技术

随着服役条件逐渐苛刻，工模刀具对其硬度、耐磨性和耐蚀性等性能要求不断提高，传统渗碳、渗氮、渗硼等已经不能满足其服役性能要求，因此需要更高强度、更耐磨的表层来强化工模刀具。碳化钒覆层具有高硬度、高耐磨性、低脆性，与基体结合强度高、抗咬合性等特性，可应用于冲裁模、拉伸模、冷镦模和成型模等模具，从而大幅度提高工模刀具的使用寿命。目前常用的渗钒方法主要有盐浴渗钒和粉末渗钒。盐浴渗钒有比重偏析和腐蚀作用，同时渗后工件表面粘有残盐，为后续处理带来不便。粉末渗钒渗剂反复利用性有待提高。

中国发明专利申请201710667744.2提供了一种盐浴渗钒剂，渗钒工艺实施后渗钒层表面硬度较高，但是渗层厚度较薄，同时渗后工件表面粘有很多盐，为后续磨抛处理带来不便。

中国发明专利申请202110168240.2提供了一种发动机正时链条销轴渗钒剂，该渗钒剂为粉末渗钒剂。工艺实施得到良好的表面渗钒层，但是其处理工艺时间较长，渗剂反复利用率不高。

发明内容

本发明设计开发了一种粉末渗钒剂，采用稀土氧化物催化渗钒，采用不同质量配比的稀土氧化物，氧化铝粉，钒铁粉和氯化铵粉末球磨混合，渗层致密且强韧性好，表面平整。

本发明设计开发了一种工模刀具激光重熔复合渗钒的强化方法，采用激光前处理易于操作，渗层生产速度快，渗层与基体结合力强。

本发明提供的技术方案为：

一种粉末渗钒剂，包括：

所述粉末渗钒剂的组分包括：

稀土氧化物粉：1～4％；

氧化铝粉：40～50％；

钒铁粉：40～50％；

氯化铵粉：1～4％；

氯化亚铜粉：1％～2％；

其中，将所述稀土氧化物粉、所述氧化铝粉、所述钒铁粉、所述氯化铵粉以及所述氯化亚铜粉均匀混合，且它们的质量百分比之和为100％。

优选的是，所述稀土氧化物纯度大于99％；所述钒铁粉中钒含量大于40％，粒度为100～300目；所述氧化铝粉末为球形，粒度在50～200目；所述氯化铵、氯化亚铜为分析纯试剂。

优选的是，所述稀土氧化物粉、所述氧化铝粉、所述钒铁粉、所述氯化铵粉以及所述氯化亚铜粉按比例在球磨机内充分混合10～20min。

一种工模刀具激光重熔复合渗钒的强化方法，使用所述的粉末渗钒剂，并包括：

步骤一、激光重熔：将待渗小型工模刀具进行球化退火后，对其表面进行脉冲激光重熔处理，激光处理电流为180～260A，脉冲宽度3ms，脉冲频率为30Hz；

步骤二、配料装样：先将制备得到的部分渗钒剂倒入渗钒罐，使渗钒剂的粉末占渗罐体积的1/2～1/3，将待渗小型工模刀具置于渗罐内，继续加入渗钒剂直至待渗小型工模刀全部覆盖上渗钒剂，保证工模刀具钢件置于渗罐中间；

步骤三、渗钒：将渗钒罐封盖后进行干燥排气处理，冷却后密封，再将密封好的渗罐放入高温电阻炉中，在920～980℃的条件下保温1～7h；

步骤四、淬火+回火：渗钒结束后，随炉冷却至室温取出试样，重新将工模刀具试样埋入满氧化铝粉的渗罐中进行加热，保温后油冷，冷却至室温后，进行回火。

优选的是，所述步骤一中，在激光重熔之后，进行渗钒工艺之前，对工模刀具钢件表面进行预处理，包括：

采用120～1000#砂纸对工模刀具钢件表面进行打磨，机械抛光，使表面粗糙度Ra≤0.6um，无水乙醇超声清洗10～20min并干燥。

优选的是，所述回火条件包括：

将淬火后的渗灌放入180～200℃的烘箱中进行低温回火，回火时间为1.5～3h，回火后空冷至室温。

优选的是，所述步骤三中，所述干燥排气处理的温度为200～300℃,排气处理时间为30min。

本发明所述的有益效果：

本发明所述的渗钒剂，其原料粉末可反复使用3-5次，利用率高，成本低。

本发明所述的工模刀具激光重熔复合渗钒的强化方法，操作方便，渗层生产速度快，渗层致密且组织均匀，渗层与基体结合强，表面光滑平整，能有效提高工模刀具钢件的耐磨性，延长其服役寿命，且成本低廉，在工业生产中具有很广阔的应用空间。

附图说明

图1为本发明所述的激光重熔前处理后实施例1的渗钒层组织形貌图。

图2为本发明所述的激光重熔前处理后实施例2的渗钒层组织形貌图。

图3为本发明所述的激光重熔前处理后实施例3的渗钒层组织形貌图。

图4为本发明所述的激光重熔前处理后对比例1的渗钒层组织形貌图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1-4所示，本发明提供一种粉末渗钒剂，采用稀土氧化物催化渗钒，采用不同质量配比的稀土氧化物，氧化铝粉，钒铁粉和氯化铵粉末球磨混合，渗层致密且强韧性好，表面平整，包括：

稀土氧化物粉：1～4％；

氧化铝粉：40～50％；

钒铁粉：40～50％；

氯化铵粉：1～4％；

氯化亚铜粉：1％～2％；

将稀土氧化物粉、氧化铝粉、钒铁粉、氯化铵粉以及所述氯化亚铜粉按比例在球磨机内充分混合10～20min，且它们的质量百分比之和为100％。

其中，稀土氧化物纯度大于99％，钒铁粉中钒含量大于40％，粒度为100～300目，氧化铝粉末为球形，粒度在50～200目，氯化铵、氯化亚铜为分析纯试剂。

本发明还提供一种工模刀具激光重熔复合渗钒的强化方法，使用本发明制备的固体渗钒剂，包括：

步骤一、激光重熔：将待渗小型工模刀具进行球化退火后，对其表面进行脉冲激光重熔处理，激光处理电流为180～260A，脉冲宽度3ms，脉冲频率为30Hz；

其中，在激光重熔之后，进行渗钒工艺之前，对工模刀具钢件表面进行预处理，包括：采用120～1000#砂纸对工模刀具钢件表面进行打磨，机械抛光，使表面粗糙度Ra≤0.6um，无水乙醇超声清洗10～20min并干燥。

步骤二、配料装样：先将制备得到渗钒剂倒入渗钒罐，使渗钒剂的粉末占渗罐体积的1/2～1/3，将待渗小型工模刀具置于渗罐内，继续加入渗钒剂直至待渗小型工模刀全部覆盖上渗钒剂，保证工模刀具钢件置于渗罐中间；

步骤三、渗钒：将渗钒罐封盖后在200～300℃下进行干燥排气处理30min，冷却后密封，再将密封好的渗罐放入高温电阻炉中，在920～980℃的条件下保温1～7h；

步骤四、淬火+回火：渗钒结束后，随炉冷却至室温取出试样，重新将工模刀具试样埋入满氧化铝粉的渗罐中进行加热，保温后油冷，冷却至室温后，立即放入180～200℃的烘箱中进行低温回火1.5～3h，空冷至室温。

实施例1

步骤一、在电流180A脉宽3ms频率30Hz条件下对试样将进行激光重熔：

步骤二、配料装样：将制备得到的渗钒剂倒入渗钒罐中，使粉末占渗钒罐体积的1/2～1/3，将待渗小型工模刀具置于渗灌内，继续加入渗钒剂直到待渗工模具刀完全被覆盖，保证工模刀具钢件置于渗灌中间；

其中，渗钒剂包括：48.5％氧化铝粉、48.5％钒铁粉、1％氯化铵粉、1％氯化亚铜粉、1％稀土氧化物粉；

步骤三、将渗钒罐封盖后在300℃下进行干燥排气处理30min，冷却后密封，再将密封好的渗罐放入高温电阻炉中，在920℃的条件下保温7h；

步骤四、淬火+回火：渗钒结束后，随炉冷却至室温取出试样，重新将工模刀具试样埋入满氧化铝粉的渗罐中进行加热至860℃，保温后油冷，冷却至室温后，立即放入180℃的烘箱中进行低温回火3h，空冷至室温。

上面的内容完成后，在相同参数数值条件下对渗剂进行第二次和第三次渗钒。

实施例2

步骤一、在电流260A脉宽3ms频率30Hz条件下对试样将进行激光重熔：

步骤二、配料装样：将制备得到的渗钒剂倒入渗钒罐中，使粉末占渗钒罐体积的1/2～1/3，将待渗小型工模刀具置于渗灌内，继续加入渗钒剂直到待渗工模具刀完全被覆盖，保证工模刀具钢件置于渗灌中间；

其中，渗钒剂包括：45％氧化铝粉、45％钒铁粉、4％氯化铵粉、2％氯化亚铜粉、4％稀土氧化物粉；

步骤三、将渗钒罐封盖后在300℃下进行干燥排气处理30min，冷却后密封，再将密封好的渗罐放入高温电阻炉中，在980℃的条件下保温7h；

步骤四、淬火+回火：渗钒结束后，随炉冷却至室温取出试样，重新将工模刀具试样埋入满氧化铝粉的渗罐中进行加热至860℃，保温后油冷，冷却至室温后，立即放入180℃的烘箱中进行低温回火3h，空冷至室温。

上面的内容完成后，在相同参数数值条件下对渗剂进行第二次和第三次渗钒。

实施例3

步骤一、在电流200A脉宽3ms频率30Hz条件下对试样将进行激光重熔：

步骤二、配料装样：将制备得到的渗钒剂倒入渗钒罐中，使粉末占渗钒罐体积的1/2～1/3，将待渗小型工模刀具置于渗灌内，继续加入渗钒剂直到待渗工模具刀完全被覆盖，保证工模刀具钢件置于渗灌中间；

其中，47％氧化铝粉、47％钒铁粉、4％氯化铵粉、1％氯化亚铜粉、1％稀土氧化物粉；

步骤三、将渗钒罐封盖后在300℃下进行干燥排气处理30min，冷却后密封，再将密封好的渗罐放入高温电阻炉中，在940℃的条件下保温7h；

步骤四、淬火+回火：渗钒结束后，随炉冷却至室温取出试样，重新将工模刀具试样埋入满氧化铝粉的渗罐中进行加热至860℃，保温后油冷，冷却至室温后，立即放入180～200℃的烘箱中进行低温回火3h，空冷至室温。

上面的内容完成后，在相同参数数值条件下对渗剂进行第二次和第三次渗钒。

将实施例1～3的三次渗钒结果进行对比，渗层如图1、2、3所示，厚度分别为11μm、13μm、15μm，由此确定最佳渗钒剂配比为实施例3中的配比：47％氧化铝粉、47％钒铁粉、4％氯化铵粉、1％氯化亚铜粉、1％稀土氧化物粉，此条件下经过三次渗钒后，具体渗钒层最厚，渗钒效果好。

对比例1

未对试样将进行激光重熔：

步骤一、配料装样：将已使用2次后的渗钒剂倒入渗钒罐中，使粉末占渗钒罐体积的1/2～1/3，将待渗小型工模刀具置于渗灌内，继续加入渗钒剂直到待渗工模具刀完全被覆盖，保证工模刀具钢件置于渗灌中间；

其中，47％氧化铝粉、47％钒铁粉、4％氯化铵粉、1％氯化亚铜粉、1％稀土氧化物粉；

步骤二、将渗钒罐封盖后在300℃下进行干燥排气处理30min，冷却后密封，再将密封好的渗罐放入高温电阻炉中，在940℃的条件下保温7h；

步骤三、淬火+回火：渗钒结束后，随炉冷却至室温取出试样，重新将工模刀具试样埋入满氧化铝粉的渗罐中进行加热至860℃，保温后油冷，冷却至室温后，立即放入180℃的烘箱中进行低温回火3h，空冷至室温。

上面的内容完成后，在相同参数数值条件下对渗剂进行第二次和第三次渗钒。

得到的渗层如图4所示，渗层厚度为8μm。

将实施例1～3与对比例1得到的实验结果进行对比，实施例1～3采用激光重熔进行前处理得到的渗钒层厚度高于对比例1的厚度，因此，采用本发明提供的激光重熔前处理渗钒复合处理后，渗层生长速度快，组织致密且均匀，与基体结合力强，能有效提高工模刀具的耐磨性。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。