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70 μ m，TiC的體積分?jǐn)?shù)為90%，其粒徑為8 μ m。
[0222]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50μπι，其中TiC的體積分?jǐn)?shù)為80%，其粒徑為2 μπι。此時(shí)，所述碳化物涂層是復(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230 μ m?所述Q255AF鋼基體為貝氏體。碳化物涂層的硬度為3020HVa(l5，耐磨性相對(duì)于Q255AF鋼基體為20倍。
[0223]對(duì)比例1，其制備方法如下:用激光熔覆法直接將碳化鈦顆粒熔覆在碳鋼表面，得到涂層，厚度為30 μ m，體積分?jǐn)?shù)為80%，所得涂層的硬度為1200HVa(l5，耐磨性相對(duì)于鋼基體為2-3倍。
[0224]對(duì)比例中激光表面改性技術(shù)生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)效率低，工藝參數(shù)不易控制，且使用過(guò)程中使用粘接劑將導(dǎo)致氣孔和夾渣；且復(fù)合層中未出現(xiàn)TiC致密陶瓷層和微米TiC致密陶瓷層，復(fù)合層厚度和TiC含量較小，TiC粒徑較大；同時(shí)，復(fù)合過(guò)程僅僅是對(duì)外加硬質(zhì)碳化鉻顆粒間的間隙進(jìn)行鑄滲和對(duì)外加顆粒進(jìn)行熔融、燒結(jié)，硬質(zhì)碳化鉻顆粒與金屬基體間非冶金結(jié)合，結(jié)合力很弱，顆粒容易脫落或存在氧化、夾雜問(wèn)題，因此，其力學(xué)性能較差。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種拉絲模具，在其表面具有耐磨涂層，其特征在于，所述耐磨涂層為TiC致密陶瓷層O
2.如權(quán)利要求1所述的拉絲模具，其特征在于，TiC致密陶瓷層為準(zhǔn)單晶相，所述準(zhǔn)單晶相是指，介于多晶相與單晶相之間，相較于多晶相，晶向一致性高、晶界明顯減少，并且原子排列比較有序的顯微組織。
3.如權(quán)利要求1或2所述的拉絲模具，其特征在于，沿TiC致密陶瓷層縱向剖面，其厚度為70-200 μ m，優(yōu)選為100-200 μ m，更優(yōu)選的120-200 μ m ;優(yōu)選的，其中TiC的體積分?jǐn)?shù)大于80%，優(yōu)選大于90% ;優(yōu)選的，其粒徑為8-50 μ m，優(yōu)選為10-50 μ m。
4.一種拉絲模具，在其表面具有梯度復(fù)合涂層，其特征在于，所述梯度復(fù)合涂層為碳化物涂層，包括依次呈梯度分布的TiC致密陶瓷層、微米TiC陶瓷層、TiC與基體的融合層。
5.如權(quán)利要求4所述的拉絲模具，其特征在于，TiC致密陶瓷層為準(zhǔn)單晶相，所述準(zhǔn)單晶相是指，介于多晶相與單晶相之間，相較于多晶相，晶向一致性高、晶界明顯減少，并且原子排列比較有序的顯微組織。
6.如權(quán)利要求4或5所述的拉絲模具，其特征在于，沿TiC致密陶瓷層縱向剖面，其厚度為70-200 μ m，優(yōu)選為100-200 μ m，更優(yōu)選的120-200 μ m ;優(yōu)選的，其中TiC的體積分?jǐn)?shù)大于80%，優(yōu)選大于90% ;優(yōu)選的，其粒徑為8-50 μ m，優(yōu)選為10-50 μ m。
7.如權(quán)利要求4-6之一所述的拉絲模具，其特征在于，沿微米TiC陶瓷層縱向剖面，其厚度為50-150 μ m，優(yōu)選為70-150 μ m，更優(yōu)選的80-150 μ m ;優(yōu)選的，TiC的體積分?jǐn)?shù)大于80 %，優(yōu)選大于90 % ;優(yōu)選的，TiC的粒徑為5-15 μ m，優(yōu)選為6-12 μ m，更優(yōu)選為8-10 μ m。
8.如權(quán)利要求4-7之一所述的拉絲模具，其特征在于，沿TiC與基體的融合層縱向剖面，其厚度為50-200 μm，優(yōu)選100-200 μm，優(yōu)選，其中TiC的體積分?jǐn)?shù)為20% -80%,優(yōu)選為50% -85%，優(yōu)選的，TiC的粒徑為1-10 μ m，優(yōu)選為2_8μπι。
9.如權(quán)利要求4-8之一所述的拉絲模具，其特征在于，梯度復(fù)合涂層總厚度為170-550 μ m，優(yōu)選在 300-550 μ m。
10.如權(quán)利要求4-9之一所述的拉絲模具，其特征在于，組織根據(jù)熱處理不同為珠光體、馬氏體、鐵素體、貝氏體、奧氏體和索氏體中的一種或幾種；優(yōu)選地，該梯度復(fù)合涂層被施加于碳鋼表面。
11.一種如權(quán)利要求1-3之一所述拉絲模具的制備方法，其拉絲模具的工作表面具有耐磨涂層，其特征在于，拉絲模具表面具有耐磨涂層，包括如下步驟， 1)先準(zhǔn)備一鈦板，優(yōu)選的，其中鈦的純度控制在99.7-99.99%，優(yōu)選的，所述鈦板的厚度控制在0.2_3mm，所述欽板先被加以表面處理； 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工作表面固定鈦板，然后在鈦板表面固定外部碳源，使其與鈦板緊密結(jié)合； 3)按照拉絲模具尺寸制作砂型，優(yōu)選地，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬樹脂砂或潮模砂制作砂型； 4)將金屬基材冶煉為鋼液，優(yōu)選地，溫度控制在1610°C-1630°C ； 5)將上述鋼液澆入上述放置有鈦板和碳源的砂型內(nèi)，待鋼液冷卻凝固后，取出鑄件，清砂處理，獲得拉絲模具基體為碳鋼，拉絲模具工作表面為與鈦板的復(fù)合體；優(yōu)選地，采用消失模真空吸鑄工藝，將上述鋼液澆入上述放置有拉絲模具、鈦板和碳源的砂型內(nèi)；優(yōu)選地，澆注溫度控制在1610°C -1630°C，澆注時(shí)間為40-50秒為宜；更優(yōu)選地，一分鐘后，在冒口補(bǔ)饒；進(jìn)一步優(yōu)選地，室溫冷卻； 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，最后隨爐冷卻至室溫，從而在拉絲模具工作表面形成耐磨涂層，而拉絲模具基體仍為碳鋼基體； 其中，耐磨碳化物涂層為TiC致密陶瓷層。
12.如權(quán)利要求11所述的拉絲模具的制備方法，其特征在于，TiC致密陶瓷層為準(zhǔn)單晶相，所述準(zhǔn)單晶相是指，介于多晶相與單晶相之間，相較于多晶相，晶向一致性高、晶界明顯減少，并且原子排列比較有序的顯微組織；優(yōu)選地，通過(guò)控制步驟6)中的保溫時(shí)間、保溫溫度獲得該TiC致密陶瓷層。
13.—種如權(quán)利要求4-10之一所述拉絲模具的制備方法，其特征在于，拉絲模具表面具有梯度復(fù)合涂層，包括如下步驟， 1)先準(zhǔn)備一鈦板，優(yōu)選地，其中鈦的純度控制在99.7-99.99%，更優(yōu)選地，所述鈦板的厚度控制在0.2-3mm，所述鈦板先被加以表面處理； 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工作表面固定鈦板，然后在鈦板表面固定外部碳源，使其與鈦板緊密結(jié)合； 3)按照拉絲模具的尺寸制作砂型，優(yōu)選地，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬樹脂砂或潮模砂制作砂型； 4)將碳鋼基材冶煉為鋼液，優(yōu)選地，溫度控制在1610°C-1630°C ； 5)將上述鋼液澆入放置有上述鈦板的模具內(nèi)，澆注溫度控制在1610°C-1630 °C，澆注時(shí)間50秒，冷卻后，取出鑄件，清砂處理，獲得上部為碳鋼基體下部為鈦板的復(fù)合體；優(yōu)選地，采用消失模真空吸鑄工藝，將上述鋼液澆入上述放置有拉絲模具、鈦板和碳源的砂型內(nèi)；優(yōu)選地，澆注溫度控制在1610°C _1630°C，澆注時(shí)間50秒；更優(yōu)選地，一分鐘后，在冒口補(bǔ)澆；優(yōu)選地，室溫冷卻； 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，最后隨爐冷卻至室溫，獲得所述拉絲模具表面的包括塊狀準(zhǔn)單晶相致密TiC陶瓷層的碳化物涂層；而拉絲模具基體仍為碳鋼； 7)所得的具有梯度復(fù)合涂層的拉絲模具被進(jìn)一步熱處理以獲得更合適的基體組織。
14.如權(quán)利要求13所述的拉絲模具的制備方法，其特征在于，通過(guò)控制步驟6)中保溫時(shí)間、保溫溫度獲得該梯度復(fù)合涂層即碳化物涂層，所述碳化物涂層包括依次呈梯度分布的準(zhǔn)單晶相TiC致密陶瓷層、微米TiC陶瓷層、TiC與基體的融合層。
15.如權(quán)利要求14所述的拉絲模具的制備方法，其特征在于，在步驟6)中保溫溫度、保溫時(shí)間以及最終能夠獲得的梯度復(fù)合涂層的總厚度符合如下公式，L = kTlogt1/2+b0 其中， L一一梯度復(fù)合涂層的總厚度(μ m)， k 是常數(shù)，取值為0_1，k ^ O, T--保溫溫度(K)， t 保溫時(shí)間(S)， b0一一初始厚度(ym)，即鋼液澆注后與鈦板之間形成的復(fù)合層的厚度。
16.如權(quán)利要求13-15之一所述的拉絲模具的制備方法，其特征在于，所述步驟I)中，表面處理的步驟如下， 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； 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； 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。
17.如權(quán)利要求13-16之一所述的拉絲模具的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中的外部碳源為石墨紙；優(yōu)選地，所述石墨紙為三級(jí)以上，純度99%，厚度為0.1-0.35mm。
18.如權(quán)利要求13-17之一所述的拉絲模具的制備方法，其特征在于，所述步驟6)中，升溫至1000-1130°C保溫，優(yōu)選的，升溫速度控制在7°C /min，保溫時(shí)間為4_12h，優(yōu)選6-10ho
19.如權(quán)利要求13-18之一所述的拉絲模具的制備方法，其特征在于，所選碳鋼基體為低碳鋼、中碳鋼或高碳鋼。
20.如權(quán)利要求13-19之一所述的拉絲模具的制備方法，其特征在于，所述保護(hù)氣為氬氣或氮?dú)猓瑲怏w流量為4-8ml/min。
21.如權(quán)利要求13-20之一所述拉絲模具的制備方法，其特征在于，所述步驟7)中的熱處理工序?yàn)?在550-800°C左右進(jìn)行熱處理，基體為珠光體組織，或者，在220-550°C進(jìn)行熱處理，基體為貝氏體組織，或者，在220°C以下進(jìn)行熱處理，基體為馬氏體組織。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種拉絲模具，其工作部位的表面具有一種碳化物涂層，并且提供一種用于獲得上述拉絲模具的制備方法。所述拉絲模具，在其上下表面工作部位具有碳化物涂層。所述準(zhǔn)單晶TiC致密陶瓷層、微米TiC陶瓷層及TiC與基體的復(fù)合層由外向內(nèi)依次呈梯度分布，其被施加于碳鋼表面。可被施加于碳鋼表面。本發(fā)明通過(guò)鑄造得到的基體與鈦復(fù)合體，外引入外碳源，并加熱、保溫，從而在基體表面形成碳化物涂層，所述涂層與基體之間為冶金結(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(wèn)題，大幅度提高了拉絲模具工作表面的耐磨性能。
【IPC分類】B21C3-18, B22D19-08, B21C3-02
【公開號(hào)】CN104525593
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410657675
【發(fā)明人】許云華, 趙娜娜, 梁淑華, 鐘黎聲, 盧正欣, 燕映霖, 葉芳霞, 任冰, 鄒軍濤, 肖鵬
【申請(qǐng)人】西安理工大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年11月18日