用于45钢表面强化的N-C-Cr-V-RE多元共渗材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及模具及机械零件表面强化领域，尤其是设及一种用于45钢表面强化 的N-C-Cr-V-RE多元共渗材料。
【背景技术】
[0002] 45钢是塑料模具及机械零件的常用材料，价格低廉，容易获取，但常规热处理或渗 碳、渗氮化学热处理表面硬度低、耐磨性差、耐腐蚀性差，影响塑料模具及机械零件的使用 〇
[0003] 常规塑料模具及机械零件表面强化技术大致分为Ξ类；第一类是表面热处理包括 表面泽火和化学热处理，表面泽火又有感应泽火、脉冲泽火、火焰泽火等，化学热处理如渗 氮、渗碳、氮碳共渗、渗棚、渗铭、渗饥W及共渗稀±等；第二类是电锻和化学锻；第Ξ类气 相沉积包括PVC、CVD、PCVD等。通过表面强化技术，能进一步提高塑料模具及机械零件的表 面硬度，耐磨性，耐蚀性等，提高使用性能和使用寿命。
[0004] 本发明采用低溫复合表面强化热处理技术，结合TRD技术，选用强氮碳化物V和化 金属元素与RE、N、C共渗，渗层组织致密、耐腐蚀性强、硬度高，弥补了单元渗金属或非金属 性能不足的缺陷，开拓45钢多元共渗的新领域，实现塑料模具及机械零件表面处理周期短 的制造过程。
【发明内容】
阳0化]本发明的目的是为45钢提供一种渗层组织致密、耐腐蚀性强、硬度高，可W不但 弥补单元渗金属或非金属性能不足的缺陷，还缩短塑料模具及机械零件表面处理的周期的 表面强化的新方法。
[0006] 为了解决上述问题，本发明一方面提供一种用于45钢表面强化的N-C-化-V-RE多 元共渗材料，所述的共渗材料包括W下两部分材料J-2型基盐、化-V-RE共渗材料。
[0007] 优选的是，所述的用于45钢表面强化的N-C-化-V-RE多元共渗材料，所述J-2型 基盐的由W下重量百分比的离子组成：M+44%~46%、CN0 38%~42%、ω2 314%~18%， Μ+为化\r、Li+的和。
[0008] 优选的是，所述的用于45钢表面强化的N-C-化-V-RE多元共渗材料，所述化-V-RE共渗材料由W下的原料制成：棚砂、NaF、K2CO3、V205、化2〇3、侣粉、RE。
[0009] 优选的是，所述的用于45钢表面强化的N-C-化-V-RE多元共渗材料，所述化-V-RE共渗材料由W下重量分数的原料制成：棚砂52~64份、NaF6~12份、KzOy~13份、 V2O56份、化2〇32~4份、侣粉4~9份、RE3~6份。
[0010] 优选的是，所述的用于45钢表面强化的N-C-化-V-RE多元共渗材料，所述化-V-RE共渗材料由W下重量分数的原料制成：棚砂52份、NaF6份、K2CO37份、V2O56份、化2〇32份、 侣粉4份、RE3份。
[0011] 优选的是，所述的用于45钢表面强化的N-C-化-V-RE多元共渗材料，所述化-V-RE 共渗材料由W下重量分数的原料制成：棚砂58份、NaF9份、K2CO3IO份、V2O59份、化2〇33份、 侣粉6. 5份、RE4. 5份。
[0012] 优选的是，所述的用于45钢表面强化的N-C-化-V-RE多元共渗材料，所述化-V-RE 共渗材料由W下重量分数的原料制成：棚砂64份、NaF12份、K2CO3I3份、V2O5I2份、化2〇34 份、侣粉9份、RE6份。
[0013]J-2型基盐可W同时为基体提供N、C源，且该基盐的处理溫度与45钢的回火溫度 相当，便于进行盐浴共渗与回火相结合的热处理。化-V-RE共渗材料中添加的棚砂在高溫下 分解产生偏棚酸钢，偏棚酸钢能溶解基体表面原有的氧化层，从而保持试样表面清洁，有利 于表面吸附活性饥原子。NaF作为活化剂能有效提高盐浴活性，提高渗金属的速度并有一 部分中性盐的作用。侣在盐浴中与ν2〇δ、化2〇3反应生成Al2〇3，Al2〇3形成致密的薄膜把其它 侣包裹阻止侣的继续反应，而NaF可使A!203出现钢烙现象，导致部分A12〇3孔道出现烙融巧 塌，让A1可W继续置换出V和化的活性原子。化-V-RE共渗材料中的侣粉还可W作为还原 剂，侣粉较娃粉或其他适合于盐浴中使用的还原剂的还原能力强，而且侣粉还可W提高盐 浴的流动性。K2CO3有利于改善盐浴的流动性，使试样残盐的清理变易，且K2CO3高溫下分解 的金属氧化物，Κ2〇能促进化在盐浴中的溶解，能起催渗作用。V205和化2〇3供铭供饥剂均选 择相应的氧化物粉末，首先合金和金属粉价格比较贵，粉碎困难，比重偏析严重；其次选用 合金和金属粉作渗剂很难得到光滑的表面，运是原因金属比重大易沉聚于相蜗底部，并在 盐浴中不易完全烙解，有时会烧结成团。特别是金属颗粒固牢地粘焊在试样表面时，会影响 表面的活性，还要通过充分揽拌和采取其它适当措施才能解决，会增加经济成本和劳动量。 由于氧化物在棚砂浴中易烙解，有利于悬浮，不会偏聚于相蜗底部和粘附于工件表面，可缩 短处理时间，降低成本，提高质型。所W供铭供饥剂选用V205、化2〇3粉末。RE在盐浴中起到 加速化学反应的进行，同时提供更多的活性原子，并可W加速活性原子的扩散。
[0014] 本发明采用低溫复合表面强化热处理技术，结合TRD技术，选用强氮碳化物V和化 金属元素与RE、N、C共渗，渗层组织致密、耐腐蚀性强、硬度高，弥补了单元渗金属或非金属 性能不足的缺陷，开拓45钢多元共渗的新领域，实现塑料模具及机械零件表面处理周期短 的制造过程。
【附图说明】 阳01引图1是N-C共渗化后共渗层的组织形貌；
[0016] 图2是N-C共渗地后共渗层的组织形貌；
[0017] 图3是N-C共渗化后共渗层的组织形貌；
[0018] 图4是化-V-RE共渗原料的重量分数为下限时的N-C-化-V-RE多元共渗层组织形 貌；
[0019] 图5是化-V-RE共渗原料的重量分数为中点时的N-C-化-V-RE多元共渗层组织形 貌；
[0020] 图6是化-V-RE共渗原料的重量分数为上限时的N-C-化-V-RE多元共渗层组织形 貌；
[0021] 图7是N-C-化-V-RE多元共渗层物相分析；
[0022] 图8是N-C-化-V-RE多元共渗层显微硬度。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，W令本领域的技术人员参照说明 书文字能够据W实施。 阳〇24] 实施例1 阳0巧]首先用500#、1000#、2000#、3000#的砂纸依次打磨45钢试样，然后依次用丙酬、酒 精和水清洗掉样品。采用J-2型基盐预渗N-C，工艺为570°CX化，工艺为570°CX4h，工艺 为570°CX化，油冷。预渗N-C时间分别为化、地和化，不同预渗时间下的渗层组织如图 1、图2和图3所示。
[0026] 图1、图2和图3分别为45钢在预渗N-C3h、4h和化之后的渗层组织，由图可知 渗层组织均为疏松层和致密层，且致密层主要物相是化3N。比较不同的预渗时间下的渗层 可知，在实施例2的预渗时间为化的条件下的预渗效果最好，表现为致密层较厚，连续性 好，夹杂少。
[0027] 实施例2
[0028] 用于45钢表面强化的N-C-化-V-RE多元共渗材料，所述的化-V-RE共渗材料由W 下重量分数的原料制成：棚砂52份、NaF6份、K2CO37份、V2O56份、化2〇32份、侣粉4份、RE 3份。
[0029] N-C预渗：首先用500#、1000#、2000#、3000#的砂纸依次打磨45钢试样，随后依次 用丙酬、酒精和水清洗掉样品。采用J-2型基盐对45钢进行预渗N-C，工艺为：570°CX4h， 油冷。将预渗N-C试样的疏松层抛掉，然后依次用丙酬、酒精和水清洗掉预渗样品。
[0030] 化-V-RE共渗：将电阻炉升溫至850°C，开始加入棚砂；间隔lOmin将NaF和KzCA 混合加入棚砂中，调节棚砂流动性。间隔lOmin后将V2O5和化2〇3混合加入棚砂中，揽拌之 后压入侣粉包（侣粉易燃需用侣锥包裹）还原出V205和化2〇3中的V、化原子。间隔lOmin 后加入稀±，稀±在盐浴中可W起到加速化学反应的进行，提供更多的活性原子，并可加速 活性原子的扩散。间隔lOmin将烙盐揽拌均匀加入试样，升溫至950°C，保溫化之后取出油 冷，随后用至于沸水中清除附在试样表面的残盐。
[0031] 回火：最后将经过共渗处理后的式样放入空气炉子中进行化的550°C两次回火。
[0032] 将经过N-C预渗、化-V-RE共渗和回火处理后的试样依次用丙酬、酒精和水清洗。 分别测定N-C-化-V-RE多元共渗层从表面至基体的显微硬度和观察用5%硝酸酒精溶液腐 蚀后的组织形貌。 阳〇3引实施例3
[0034] 用于45钢表面强化的N-C-化-V-RE多元共渗材料，所述的化-V-RE