一种热作模具钢高耐磨高耐蚀保护层的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种热作模具钢高耐磨高耐蚀保护层的制备方法，涉及模具钢技术领域，所述保护层的制备方法包括以下步骤：(1)表面净化处理、表面粗化处理；(2)预热处理，然后采用超音速火焰喷涂方法喷涂涂层，压缩空气冷却；喷涂粉末由以下重量百分比的成分组成：WC：55‑64％，TaC：12‑18％，VC：3‑4.5％，纳米稀土氧化物：0.8‑1.5％，余量为NiCr；(3)渗碳处理；淬火、回火。本发明专利技术通过对热作模具钢进行表面粗化处理、超音速火焰喷涂、渗碳处理、淬火、回火，可使热作模具钢的表面形成高耐磨高耐蚀涂层，且涂层与基体之间的结合强度高，可对热作模具钢形成极佳的表面防护与强化。

A preparation method of high wear resistance and high corrosion resistance protective layer for hot work die steel

【技术实现步骤摘要】
一种热作模具钢高耐磨高耐蚀保护层的制备方法
本专利技术涉及模具钢
，具体涉及一种热作模具钢高耐磨高耐蚀保护层的制备方法。
技术介绍
热作模具钢在模具工业中是非常重要的钢种，主要用于将再结晶温度以上的金属压制成工件，一般包括热挤压模、热锻模、压铸模以及等温锻造模具等。相对于冷作模具而言，热作模具钢表面既要受到高强度的交变应力，又要与高温材料反复接触，在如此苛刻的工作环境下，模具的使用寿命普遍较短，钢体表面容易出现开裂、塑性变形以及磨损等，最终使热作模具失效。热作模具在服役一段时间后，不可避免地会出现失效。一些精密、复杂的大型模具或进口模具如果因为局部损伤而报废，不仅重新加工模具需要时间，而且由于这些模具的生产成本较高，还会大大增加企业的负担，浪费资源。如果可以对热作模具表面进行强化或者应用模具修复技术对失效的模具表面进行修复，将大大提高模具的寿命，节约资源，降低成本。目前，常用的热作模具钢表面强化技术包括常规的化学热处理、电弧堆焊、激光熔覆及热喷涂等。热喷涂技术是一种应用较广的表面强化技术，它是将喷涂线材或粉末等材料依靠某种热源被加热至熔化或半熔化形态，在高速、高温焰流或气流的推动下，将其雾化并以一定速度撞击到预处理过的基体表面，沉积而形成某种性能(如耐磨、抗氧化等)涂层的一种表面强化和表面防护技术与其它表面强化技术相比，热喷涂技术具备应用范围广、涂层功能和喷涂方法多、沉积速度快、生成效率高、涂层厚度范围宽、对基材热影响较小、可喷涂成型和部件修复等特点，被广泛的用于交通运输、航空航天、能源工业、电子电器、轻工、纺织、医学生物、建筑、水利等众多领域。目前已经形成了多种成熟的喷涂技术，主要包括：等离子喷涂、火焰喷涂、电弧喷涂和其他喷涂四个大类。超音速火焰喷涂是上个世纪80年代兴起的热喷涂技术，因其制备的涂层具有较好的微观组织以及优良的力学性能有特点，广泛应用在航空、冶金、石油化工、包装印刷等领域得到，近年来，超音速火焰喷涂技术发展迅速，成为热喷涂技术中最活跃的一种喷涂方法。超音速火焰喷涂技术是在爆炸喷涂技术上的优化，其特点是在高压、高速的情况下将大量燃气和助燃气体氧气供给喷枪，使燃烧的火焰通过纤细的喷嘴形成超音速射流喷出，燃烧火焰流速度可达到1500-2800m/s，火焰温度比等离子喷涂低，一般在3000℃左右。粉末被送入运动的火焰中，在火焰中被加热、加速，粒子的飞行速度大大高于一般的热喷涂，粉末的粒子高速喷射到金属基体上，从而形成致密的涂层。表面喷涂复合材料可显著提高基体材料的耐磨性，喷涂工艺也适用于模具制造工艺过程。其中WC-Co(Cr)粉末的热喷涂涂层，由于其良好的硬度和韧性，广泛地应用于各种工业中领域，以增强基体金属的耐磨性能及磨损部件的修复。但因超音速喷涂的WC-Co(Cr)涂层与基材的结合方式以机械结合为主，在长期高温、高压环境下，涂层与基材的结合强度下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种热作模具钢高高耐磨高耐蚀保护层的制备方法，通过对热作模具钢进行表面粗化处理、超音速火焰喷涂、渗碳处理、淬火、回火，可使热作模具钢的表面形成高耐磨高耐蚀涂层，且涂层与基体之间的结合强度高，可对热作模具钢形成极佳的表面防护与强化。为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种热作模具钢高耐磨高耐蚀保护层的制备方法，包括以下步骤：(1)对热作模具钢依次进行表面净化处理、表面粗化处理；(2)将经过步骤(1)处理的热作模具钢进行预热处理，使表面温度达到200-230℃，然后于模具钢表面采用超音速火焰喷涂方法喷涂一层涂层，喷后采用压缩空气冷却；所述喷涂粉末由以下重量百分比的成分组成：WC：55-64％，TaC：12-18％，VC：3-4.5％，纳米稀土氧化物：0.8-1.5％，余量为NiCr；(3)在经过步骤(2)处理的热作模具钢进行气体渗碳处理，渗碳温度为930-950℃；然后进行淬火、回火。优选地，所述热作模具钢为4Cr5MoSiV1、5CrNiMo、3Cr2W8V、5CrNiTi、5CrMnMoSiV、4CrW2Si中的一种。优选地，所述步骤(1)中，表面净化处理包括以下步骤：将热作模具钢置于无水乙醇中，使用超声清洗仪清洗40min取出，烘干；所述表面粗化处理为：采用喷砂机进行棕刚玉喷砂处理。优选地，所述步骤(2)中，超音速火焰喷涂方法的工艺参数为：氧气流量260-320L/min，丙烷流量75-82L/min，送粉率为35-45g/min，喷涂距离220-280mm。优选地，所述步骤(2)中，稀土化合物为Sc2O3、Y2O3或Ce2O3。优选地，所述步骤(2)中，喷涂粉末由以下重量百分比的成分组成：WC：60％，TaC：15％，VC：4％，稀土氧化物：1.1％，余量为NiCr。优选地，所述步骤(2)中，喷涂粉末的制备方法为：将WC、TaC、VC研磨成粒度为12-38μm之间的粉末，再将各物质的粉末与纳米稀土氧化物、NiCr混合均匀，即得喷涂粉末；NiCr的粒径为5-15μm。优选地，所述步骤(2)中，压缩空气冷却后涂层的厚度为280-320μm。优选地，所述步骤(3)中，气体渗碳处理时，使用乙醇和丙烷为渗碳剂，渗碳气氛中以氮气为载气，丙烷为富化气，炉压为700-1000Pa，渗碳阶段碳势为1.12-1.18％，渗碳时间为3.5-5h；渗碳完成后随炉冷却至室温；其中渗碳剂中乙醇和丙烷的重量比为2-2.5：1。优选地，所述所述步骤(3)中，淬火温度为960-1000℃，保温60-90min后水冷至室温；回火温度为210-235℃，保温3-4h后空冷至室温。本专利技术的有益效果是：本专利技术中，原料粉末颗粒在超音速火焰加热的作用下，NiCr粘结相迅速熔化，而WC、TaC、VC等几乎不熔化，仍为固态或软化态，粉末颗粒被加热后为液固两相状态，并以极高的速度撞击热作模具钢基体，融化态的NiCr迅速地铺展在基体表面，成为粘结相，而WC、TaC、VC等颗粒以固态或软化态飞向表面，并高度弥散在NiCr相中，硬质相颗粒被粘结相紧密地连结成薄层，形成致密的保护涂层。喷涂前基体经喷砂粗化处理，可使熔融态高塑性颗粒与基体表面上凸起和凹陷处互相交错、镶嵌，形成较好的机械结合。其中WC、TaC、VC中配置合理，可使涂层的耐磨性、耐蚀性以及强度较高，加入适量的纳米稀土可使涂层的显微硬度和结合强度显著提高，同时可抑制WC等颗粒的脱碳，使组织细化，使耐磨性更好。在渗碳完成后进行渗碳处理，渗碳处理后进行淬火、回火处理，可使层与基体之间产生了微冶金结合，涂层的结合强度得到了显著提高，使基体与涂层间紧密地连接在一起，基体与涂层界面间无裂纹、疏松孔洞或分离等缺陷。同时通过渗碳处理，使基体表面形成一层渗碳层，其可有效提高基体的耐蚀性和硬度。而基材表面硬度的增加，可使涂层的下降速度变慢，可使涂层的耐磨性得到有效提高。本专利技术通过对热作模具钢进行表面粗化处理、超音速火焰喷涂、渗碳处理、淬火本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热作模具钢高耐磨高耐蚀保护层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)对热作模具钢依次进行表面净化处理、表面粗化处理；/n(2)将经过步骤(1)处理的热作模具钢进行预热处理，使表面温度达到200-230℃，然后于模具钢表面采用超音速火焰喷涂方法喷涂一层涂层，喷后采用压缩空气冷却；所述喷涂粉末由以下重量百分比的成分组成：WC：55-64％，TaC：12-18％，VC：3-4.5％，纳米稀土氧化物：0.8-1.5％，余量为NiCr；/n(3)在经过步骤(2)处理的热作模具钢进行气体渗碳处理，渗碳温度为930-950℃；然后进行淬火、回火。/n

【技术特征摘要】
1.一种热作模具钢高耐磨高耐蚀保护层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对热作模具钢依次进行表面净化处理、表面粗化处理；
(2)将经过步骤(1)处理的热作模具钢进行预热处理，使表面温度达到200-230℃，然后于模具钢表面采用超音速火焰喷涂方法喷涂一层涂层，喷后采用压缩空气冷却；所述喷涂粉末由以下重量百分比的成分组成：WC：55-64％，TaC：12-18％，VC：3-4.5％，纳米稀土氧化物：0.8-1.5％，余量为NiCr；
(3)在经过步骤(2)处理的热作模具钢进行气体渗碳处理，渗碳温度为930-950℃；然后进行淬火、回火。


2.根据权利要求1所述的热作模具钢高耐磨高耐蚀保护层的制备方法，其特征在于，所述热作模具钢为4Cr5MoSiV1、5CrNiMo、3Cr2W8V、5CrNiTi、5CrMnMoSiV、4CrW2Si中的一种。


3.根据权利要求1所述的热作模具钢高耐磨高耐蚀保护层的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，表面净化处理包括以下步骤：将热作模具钢置于无水乙醇中，使用超声清洗仪清洗40min取出，烘干；所述表面粗化处理为：采用喷砂机进行棕刚玉喷砂处理。


4.根据权利要求1所述的热作模具钢高耐磨高耐蚀保护层的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，超音速火焰喷涂方法的工艺参数为：氧气流量260-320L/min，丙烷流量75-82L/min，送粉率为35-45g/min，喷涂距离220-280mm。


5.根据权利要求1所述的热作模具钢高耐...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑西，
申请(专利权)人：安徽旭通网络科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34