1，k O,
[0049]T——反應(yīng)溫度⑷，
[0050]t--反應(yīng)時(shí)間(S)，
[0051]b0——反應(yīng)初始厚度(μ m)，即鋼液澆注后與鈦板之間形成的復(fù)合層的厚度。
[0052]綜上，所述梯度復(fù)合涂層，包括TiC致密陶瓷層，硬度高。所述TiC致密陶瓷層為準(zhǔn)單晶相，所述準(zhǔn)單晶相是指，原子的排列不像一般單晶那樣具有相同的晶格，但仍具有嚴(yán)格的順序，呈現(xiàn)出幾何排列；晶向一致性高、晶界明顯減少，并且原子排列比較有序。準(zhǔn)單晶相介于多晶相與單晶相之間，相較于多晶相，準(zhǔn)單晶相的晶界明顯減少，位錯(cuò)密度低，有較多亞晶界，因此硬度有明顯提升；而較之單晶相，其對制備方式要求更低，且組織更為穩(wěn)定。
[0053]優(yōu)選地，在步驟I)中，表面處理的步驟如下:
[0054]第一步酸洗，選用300ml/L的鹽酸或60ml/L的磷酸或120ml/L的雙氧水，后流水沖洗；
[0055]第二步酸洗，選用300ml/L的氫氟酸或200ml/L的硫酸或240ml/L的雙氧水，后流水沖洗；
[0056]第三步表面打磨，選用800目或更細(xì)的Al2O3砂紙，最后用酒精超聲清洗。
[0057]更優(yōu)選地，步驟2)中的外部碳源為石墨紙；優(yōu)選地，所述石墨紙為三級以上，純度99%，厚度為 0.1-0.35mm ；
[0058]優(yōu)選地，步驟6)中，升溫至1000-1130 °C，升溫速度控制在7°C /min，保溫時(shí)間為4-12h，優(yōu)選 6-10h。
[0059]優(yōu)選地，所選碳鋼基體為低碳鋼、中碳鋼或高碳鋼。
[0060]優(yōu)選地，保護(hù)氣為氬氣或氮?dú)?，氣體流量為4-8ml/min。
[0061 ] 其中，保溫溫度應(yīng)嚴(yán)格控制在上述范圍內(nèi)，溫度高于1130°C，反應(yīng)過程中的液相過多，而使得塊狀準(zhǔn)相單晶TiC，直接生成彌散分布TiC顆粒，而不能獲得塊狀準(zhǔn)單晶相致密TiC陶瓷層；但是溫度低于1000°c，則W的溶解度太低，反應(yīng)無法正向進(jìn)行。同樣的，保溫時(shí)間也應(yīng)該保持一個(gè)合理的區(qū)間，時(shí)間超過12h，塊狀準(zhǔn)單晶相致密TiC陶瓷層消失，反應(yīng)擴(kuò)散生成彌散分布TiC顆粒與基體的融合，而低于4h，則反應(yīng)獲得的TiC太少，涂層厚度難以保證，最佳的應(yīng)該保持在6-10h。
[0062]更優(yōu)選地，具有碳化物涂層的碳鋼復(fù)合體被進(jìn)一步熱處理以獲得更合適的基體組織；優(yōu)選地，在550-800°C左右進(jìn)行熱處理，基體為珠光體組織；或在220-450°C進(jìn)行熱處理，基體為貝氏體組織；或在220°C以下進(jìn)行熱處理，基體為馬氏體組織。
[0063]所述拉絲模具基體優(yōu)選為碳鋼，碳鋼基體組織為珠光體、馬氏體、鐵素體、貝氏體、奧氏體和索氏體中的一種或幾種。所述碳鋼基體根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB221-79中規(guī)定，本案中所使用碳鋼的的牌號分別為:Q275A、Q255AF、45鋼、T12A、T8、ZG270-450等。
[0064]本發(fā)明通過鑄造獲得鋼鈦復(fù)合體后，引入外碳源，以加熱擴(kuò)散的方式，通過控制保溫溫度、保溫時(shí)間和涂層厚度的關(guān)系，可在金屬表面形成碳化物涂層，涂層與金屬基體之間為冶金結(jié)合，結(jié)合力很強(qiáng)，克服了現(xiàn)有硬質(zhì)顆粒與金屬基體間非冶金結(jié)合，結(jié)合力很弱，顆粒容易脫落的問題，大幅度提高了涂層的力學(xué)性能。并且該方法操作簡單，無需復(fù)雜設(shè)備，且由于澆注砂型的多樣性，適用于生產(chǎn)具有復(fù)雜形狀的耐磨部件，例如鏟齒、拉絲模具、襯板等零部件。
[0065]另一方面，本發(fā)明復(fù)合碳化物涂層的顯微硬度高達(dá)本發(fā)明碳鋼表面的塊狀準(zhǔn)單晶相TiC致密陶瓷層的硬度高達(dá)3000-3230HVa(l5，相對耐磨性是基體的10-22倍。所述相對耐磨性的定義為:以基體材料為標(biāo)準(zhǔn)試樣，在相同載荷下，被測涂層產(chǎn)生磨損量與標(biāo)準(zhǔn)試樣產(chǎn)生磨損量的比值稱為涂層的相對耐磨性，因此也簡稱為涂層的相對耐磨性是基體的幾倍，下述相同參數(shù)檢測標(biāo)準(zhǔn)與之相同。
[0066]這是由于其中的TiC致密陶瓷層為準(zhǔn)單晶組織，化學(xué)穩(wěn)定性和耐磨性好，具有低摩擦系數(shù)、高硬度、低表面能以及低傳熱性。而與之相對應(yīng)的微米TiC陶瓷層的硬度只能達(dá)到2000-2800HVa(l5，其相對耐磨性是基體的6_10倍。
[0067]這種制備方法，以及后續(xù)不同的熱處理方式，使拉絲模具工作表面和拉絲模具內(nèi)孔本身具有不同的力學(xué)性能，滿足了實(shí)際生產(chǎn)中對各個(gè)部分的不同性能要求。這種拉絲模具表面具有較高的硬度，最高可達(dá)3230HVa(l5，獲得了優(yōu)良的耐磨性，是普通碳鋼的10-22倍。
【附圖說明】
:
[0068]圖1是本發(fā)明中拉絲模具制備工藝圖；
[0069]圖2是本發(fā)明中熱處理后拉絲模具以及各部分組織示意圖；
[0070]圖3是本發(fā)明中準(zhǔn)單晶相TiC陶瓷層顯微組織圖；
[0071]圖4是本發(fā)明中TiC陶瓷層多晶相顯微組織圖。
[0072]圖中，1.石墨紙，2.鈦板，3.塊狀準(zhǔn)單晶TiC致密陶瓷層，4.微米TiC陶瓷層，5.TiC與基體的融合層，6.熱處理后拉絲模具基體，7.拉絲模具消失模。
【具體實(shí)施方式】
[0073]實(shí)施例1:拉絲模具的制備方法，步驟如下:
[0074]1、先準(zhǔn)備一鈦板2，其中鈦的純度應(yīng)控制在99.7%。所述鈦板2應(yīng)該先被加以表面處理，步驟如下:
[0075]第一步酸洗，選用300ml/L的鹽酸，后流水沖洗；
[0076]第二步酸洗，選用300ml/L的氫氟酸，后流水沖洗；
[0077]第三步表面打磨，選用800目的Al2O3砂紙，最后用酒精超聲清洗。所述鈦板2的厚度控制在1mm。
[0078]2、按照拉絲模具尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作拉絲模具消失模，根據(jù)拉絲模具的工作受力狀況，其主要磨損是拉絲模具內(nèi)孔與被加工金屬之間強(qiáng)烈的摩擦，據(jù)此在拉絲模具消失模7工作表面固定鈦板，然后在鈦板表面固定外部碳源，所述碳源為三級以上的石墨紙，純度為99%，厚度為0.1_，使其與鈦板緊密結(jié)合，如圖1所示。
[0079]3、按照拉絲模具尺寸，用CO2水玻璃硬化砂制作砂型。
[0080]4、將Q275A基材6冶煉為鋼液，溫度控制在1630°C。所選基體6為低碳鋼。
[0081]5、將上述鋼液澆入放置上述鈦板2的砂型內(nèi)，澆注溫度控制在1630°C，澆注時(shí)間40秒，冷卻后，一分鐘后，在冒口補(bǔ)澆，冷卻后，獲得模具基體為碳鋼，工作表面為碳鋼與鈦板2的復(fù)合體。
[0082]6、將復(fù)合體放入具有保護(hù)氣氛的保溫爐內(nèi)保溫，升溫至1000°C，升溫速度控制在70C /min，保溫時(shí)間為6h，最后隨爐冷卻至室溫，獲得所述碳鋼基體表面的包括塊狀準(zhǔn)單晶相致密TiC陶瓷層的碳化物涂層。所述保護(hù)氣為氬氣，氣體流量為5ml/min。
[0083]7、所得的具有碳化物涂層的Q275A基體，被進(jìn)一步熱處理以獲得更合適的基體組織，熱處理工序?yàn)?在220°C以下進(jìn)行熱處理，基體為馬氏體組織。
[0084]所述碳化物涂層，包括TiC致密陶瓷層3，為準(zhǔn)單晶相，其粒徑為15 μ m ;沿涂層縱向剖面，其厚度為110 μ m，其中TiC的體積分?jǐn)?shù)為90%。
[0085]進(jìn)一步的，包括位于上述準(zhǔn)單晶TiC致密陶瓷層3之下的微米TiC陶瓷層4，沿涂層縱向剖面，其厚度為90 μ m，TiC的體積分?jǐn)?shù)為90%，其粒徑為7 μ m。
[0086]更進(jìn)一步的還包括位于上述準(zhǔn)單晶TiC致密陶瓷層3以及微米TiC陶瓷層4之下的TiC與基體的融合層5，沿涂層縱向剖面，其厚度為90 μ m，其中TiC的體積分?jǐn)?shù)為70%，其粒徑為3 μπι。
[0087]綜上，所述涂層可為復(fù)合涂層，其包括準(zhǔn)單晶相TiC致密陶瓷層3、微米TiC陶瓷層4及TiC與基體的融合層5，且依次呈梯度分布，其總厚度為290 μ mo所述Q275A基體組織為馬氏體。碳化物涂層的硬度為3000HVa(l5，耐磨性是Q275A的22倍，如圖2所示。
[0088]實(shí)施例2:拉絲模具的制備方法，步驟如下:
[0089]1、先準(zhǔn)備一鈦板2，其中鈦的純度應(yīng)控制在99.8%。所述鈦板2應(yīng)先被加以表面處理，步驟如下:
[0090]第一步酸洗，60ml/L的磷酸，后流水沖洗；
[0091]第二步酸洗，200ml/L的硫酸，后流水沖洗；
[0092]第三步表面打磨，選用1000目的Al2O3砂紙，最后用酒精超聲清洗。所述鈦板2的厚度控制在1.5mm。
[0093]2、按照拉絲模具尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作拉絲模具消失模，根據(jù)拉絲模具的工作受力狀況，其主要磨損是拉絲模具內(nèi)孔與被加工金屬之間強(qiáng)烈的摩擦，據(jù)此在拉絲模具消失模7工作表面固定鈦板，然后在鈦板表面固定外部碳源，所述碳源為三級以上的石墨紙，純度為99%，厚度為0.2_，使其與鈦板緊密結(jié)合。
[0094]3、按照拉絲模具尺寸，用覆膜砂制作砂型。
[0095]4、將Q255AF基材6冶煉為鋼液，溫度控制在1630°C，所選碳鋼基體為中碳鋼。
[0096]5、將上述鋼液澆入放置有上述鈦板2的砂型內(nèi)，澆注溫度控制在1630°C，澆注時(shí)間45秒，在冒口補(bǔ)澆，冷卻后，獲得模具基體為碳鋼，工作表面為碳鋼與鈦板2的復(fù)合體。
[0097]6、將澆鑄完得到的拉絲模具復(fù)合體放入具有保護(hù)氣氛的保溫爐內(nèi)保溫，升溫至1050°C，升溫速度控制在7°C /min，保溫時(shí)間為6h，最后隨爐冷卻至室溫，獲得所述拉絲模具工作表面的包括塊狀準(zhǔn)單晶相致密TiC陶瓷層的碳化物涂層。所述保護(hù)氣為氮?dú)?，氣體流量為6ml/min。
[0098]7、所得的具有碳化物涂層的Q255AF基體，被進(jìn)一步熱處理以獲得更合適的基體組織，在700°C進(jìn)行熱處理，基體為珠光體組織。
[0099]所述碳化物涂層，如圖3所示，包括TiC致密陶瓷層3，為塊狀準(zhǔn)單晶相，其粒徑為30 μm ;沿涂層縱向剖面，其厚度為150 μm ;其中TiC的體積分?jǐn)?shù)為90%。
[0100]進(jìn)一步的，如圖4所示，包括位于上述塊狀準(zhǔn)單晶TiC致密陶瓷層3之下的微米TiC陶瓷層4，沿涂層縱向剖面，其厚度為100 μ m，其中TiC的體積分?jǐn)?shù)為90 %，其粒徑為10 μ m0
[0101]更進(jìn)一步的還包括位于上述塊狀準(zhǔn)單晶TiC致密陶瓷層3以及微米TiC陶瓷層4之下的TiC與基體的融合層5，沿涂層縱向剖面，其厚度為100 μ m，其中TiC的體積分?jǐn)?shù)為65%，其粒徑為4“111。
[0102]綜上，所述碳化物涂層可為復(fù)合涂層，可由所述塊狀準(zhǔn)單晶TiC陶瓷層3、微米TiC陶瓷層4及TiC與基體的融合層5構(gòu)成，由外向內(nèi)依次呈梯度分布，其總厚度為350 μ mo所述Q255AF基體組織為珠光體。碳化物涂層的硬度為3080HVa(l5，耐磨性相對于Q255AF基體為16倍。
[0103]實(shí)施例3:拉絲模具的制備方法，步驟如下: