[發(fā)明專利]低溫流動(dòng)層法制備氮化釩涂層方法及其裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010122769.2
• 申請(qǐng)日: 2010-03-12
• 公開（公告）號(hào): CN101851749A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔德軍;周朝政;嚴(yán)越峰;胡愛萍;李健;朱偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇工業(yè)學(xué)院
• 主分類號(hào): C23C16/452
• 分類號(hào): C23C16/452;C23C16/34
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在高精度模具鋼表面制備高硬度氮化釩涂層方法，是采用低溫流動(dòng)層熱輻射效應(yīng)在高精度模具表面制備氮化釩的工藝方法及其裝置，屬于先進(jìn)材料制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

作為表面改質(zhì)技術(shù)的擴(kuò)散處理或擴(kuò)散滲透處理技術(shù)如滲碳、氮化，已在機(jī)械零件、模具和工具等表面處理得到廣泛的應(yīng)用。作為更高性能的表面擴(kuò)散處理，1960年后期發(fā)明的TD工藝(反應(yīng)原料為粉末熔融鹽浴)與CVD法(反應(yīng)原料全部為氣態(tài))和PVD法(反應(yīng)原料為金屬原子蒸發(fā))一起，大幅地提高了模具、夾具和工具的性能和使用壽命。但是TD工藝與CVD法都是在1000℃左右的高溫下進(jìn)行的處理，變形比較大，不適用于進(jìn)行精沖壓模、注塑模以及壓鑄模具等高精度模具表面強(qiáng)化處理。PVD法雖然是在400～600℃低溫條件下進(jìn)行處理，降低了高溫對(duì)模具變形的影響，但存在處理成本高、涂層密實(shí)度差及不均勻等缺陷。為了解決高精度模具表面強(qiáng)化處理變形的難題，本發(fā)明專利通過氣流與粉體在500℃～600℃形成的流動(dòng)層的熱輻射特性，在高精度模具鋼表面制備高耐磨高耐蝕的氮化釩涂層，提高模具的使用壽命，也適用于基材為碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼、鍛鋼、高速鋼以及陶瓷、超硬合金等表面強(qiáng)化處理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明專利的特征在于通過氣流使反應(yīng)器中氧化鋁粉和釩鐵粉形成流動(dòng)層，由反應(yīng)氣體氮?dú)馓峁┗钚缘樱鲃?dòng)層中釩鐵粉發(fā)生還原反應(yīng)生成釩原子，使活性氮原子與釩原子發(fā)生氮化反應(yīng)在模具表面生成氮化釩涂層。本發(fā)明方法的裝置主要包括：加熱溫度控制系統(tǒng)、流動(dòng)層形成系統(tǒng)和反應(yīng)器系統(tǒng)等組成。

低溫流動(dòng)層法制備氮化釩涂層方法，其特征在于：通入氮?dú)馐沟醚趸X粉和釩鐵粉形成流動(dòng)層，將流動(dòng)層加熱至反應(yīng)溫度，放入高精度模具鋼，再通入活化劑進(jìn)行反應(yīng)，得到氮化釩涂層。

上述制備方法中，反應(yīng)溫度500℃～600℃。

上述制備方法中，氧化鋁粉末(80目)和釩鐵粉末(100目～150目)質(zhì)量比為5∶1～4∶1。

上述制備方法中，活絡(luò)劑主要是增加流動(dòng)層的流動(dòng)性，取氯化銨作為活絡(luò)劑，其質(zhì)量為粉末5％。

上述制備方法中，氮化釩厚度隨處理溫度的增加而增加，與處理時(shí)間成正比。反應(yīng)時(shí)間一般為5～12h，可形成3μm～10μm氮化釩涂層。

反應(yīng)過程中，隔板孔徑小于原料粉體粒徑，氣體流動(dòng)速率為1.5m/s～2m/s時(shí)，上述混合粉末形成流動(dòng)層。

本發(fā)明專利涉及的低溫制備氮化釩涂層裝置如圖1所示，裝置包括溫度控制器、反應(yīng)器、夾具，電機(jī)和熱電偶；反應(yīng)器設(shè)有圓柱形爐膛，在爐膛外圓槽內(nèi)盤繞有電熱絲，反應(yīng)器底部設(shè)有進(jìn)氣口，兩側(cè)分別設(shè)有活化劑供給器和出氣口，反應(yīng)器下部設(shè)有分隔板，熱電偶(4)由反應(yīng)器門孔插入爐膛內(nèi)，熱電偶和電熱絲與溫度控制器相連接，夾具設(shè)在圓柱形爐膛內(nèi)并位于隔板之上，并由電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。

上述的裝置中，電熱絲為鐵鉻鋁合金絲。

上述的裝置中，反應(yīng)器爐膛由碳化硅制成。

上述的裝置中，反應(yīng)器與出氣口之間設(shè)有過濾器。

本發(fā)明專利的關(guān)鍵是流動(dòng)層的形成，容器中粉末因其進(jìn)氣口送入的氮?dú)舛鴳腋。勰┲g借助氮?dú)饬鞅阌谝苿?dòng)攪拌而形成有空隙的粉末層。粉末一直處于攪拌流動(dòng)狀態(tài)中，流動(dòng)層內(nèi)溫度分布變得及其均勻。粉末的熱傳導(dǎo)系數(shù)大，模具能夠迅速被加熱或冷卻。這樣在呈流動(dòng)狀態(tài)的粉末中裝入模具，設(shè)定溫度500℃～600℃和處理時(shí)間5～12h，不降低爐內(nèi)溫度取出被處理模具。

如圖1所述，電熱絲為鐵鉻鋁合金絲，盤繞在爐膛外圓槽內(nèi)，熱電偶由反應(yīng)器門孔插入爐膛內(nèi)，二者與溫度控制器相連接；反應(yīng)器中粉體因進(jìn)氣口送入氨氣而懸浮，粉末之間借助氣流在分隔板上移動(dòng)攪拌而形成流動(dòng)層；反應(yīng)器由鋼板焊接而成，采用碳化硅制作圓柱形的爐膛。活化劑供給器提供氯化銨作為活化劑，在呈流動(dòng)狀態(tài)的粉末中裝入模具，夾具在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，按溫度控制器設(shè)定的溫度和時(shí)間進(jìn)行處理，處理后的廢氣經(jīng)過濾器后由出氣口排出。本發(fā)明專利采用反應(yīng)氣體攪拌的方法，氮化釩涂層形成的均勻性好，可用于處理復(fù)雜形狀的高精度模具表面低溫強(qiáng)化處理。

附圖說明

圖1為低溫流動(dòng)層法氮化釩涂層制備裝置示意圖

1、溫度控制器；2、活化劑供給器；3、反應(yīng)器；4、熱電偶；5、夾具；6、電機(jī)；7、過濾器；8、出氣口；9、模具；10、電熱絲；11、流動(dòng)層；12、分隔板；13、進(jìn)氣口

圖2為低溫流動(dòng)層法制備的氮化釩涂層金相組織(×1500)

具體實(shí)施方式