第5族金屬源碳化物涂覆的鋼質(zhì)物品及其制造方法
【專利摘要】一個(gè)示例性實(shí)施方案包括一種用于通過用一種微?；旌狭线M(jìn)行化學(xué)沉積法在低鉻含量的鋼質(zhì)物品上形成一個(gè)硬碳化物涂層的方法，其中處于化合物FeMo形式的鉬或處于化合物FeTi形式的鈦、或者一種FeMo和FeTi的混合物可以被添加到用來形成該涂層的微粒混合料中。
【專利說明】第5族金屬源碳化物涂覆的鋼質(zhì)物品及其制造方法
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2009年10月7日、申請(qǐng)?zhí)枮?00980138310.7、發(fā)明名稱為“第5族金屬源碳化物涂覆的鋼質(zhì)物品及其制造方法”的中國(guó)專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002]本申請(qǐng)要求于2008年10月16日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/105，898以及于2009年10月7日提交的PCT申請(qǐng)序列號(hào)US09/59781的權(quán)益。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本披露涉及的領(lǐng)域總體上是涉及耐磨鋼質(zhì)物品、并且具體地涉及一種用于增加第5族金屬源碳化物涂層對(duì)低鉻含量的鋼基底的附著性以形成一種耐磨鋼質(zhì)物品的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]動(dòng)力傳輸鏈在汽車行業(yè)中廣泛使用，不僅用于點(diǎn)火正時(shí)，還用于將機(jī)械動(dòng)力傳遞到車輛的驅(qū)動(dòng)輪。兩種類型的動(dòng)力傳輸鏈?zhǔn)莻鹘y(tǒng)的滾子鏈和所謂的“無聲鏈”。滾子鏈和無聲鏈二者都使用鋼銷作為重要部件。
[0005]在車輛的裝配和后續(xù)運(yùn)行過程中，這些鋼銷受到磨損。為了改進(jìn)這些鋼基底的耐磨特性，可以向該鋼基底施加一個(gè)硬質(zhì)涂層。例如，已將碳化釩(VC)涂層置于小的鋼部件例如銷上以改進(jìn)耐磨性。然而，該銷基底鋼的組成可能對(duì)釩涂覆的鋼銷具有顯著影響。例如，具有約1.5重量百分比或更少的鉻的鋼基底材料被認(rèn)為沒有在碳化釩涂層/鋼的界面上形成足夠的擴(kuò)散，這可能導(dǎo)致該碳化釩涂層對(duì)該鋼基底的差的附著性。
[0006]已發(fā)現(xiàn)基底鋼的適當(dāng)?shù)奶己磕軌虼_保該VC涂層的厚度并且賦予強(qiáng)度和硬度，并且基底鋼中適當(dāng)?shù)你t含量對(duì)于該涂層對(duì)基底鋼銷的良好附著是重要的。
[0007]作為一種解決方案， 具有硬碳化鉻層的銷可以通過在970攝氏度圍繞該銷的表面從FeCr粉末中沉積鉻來制造。然而，鉻鐵和元素鉻的粉末的使用常常受到環(huán)境法規(guī)阻止或禁止。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]一個(gè)示例性方法披露了一種用于通過用一種微?；旌狭线M(jìn)行化學(xué)沉積法在低鉻含量的鋼質(zhì)物品上形成一個(gè)硬碳化物涂層的方法，其中處于化合物FeMo形式的鑰可以被添加到用來形成該涂層的微粒混合料中。
[0009]另一個(gè)示例性方法披露了一種用于通過用一種微粒混合料進(jìn)行化學(xué)沉積法在低鉻含量的鋼質(zhì)物品上形成一個(gè)硬碳化物涂層的方法，其中處于化合物FeTi形式的鈦可以被添加到用來形成該涂層的微粒混合料中。
[0010]又另一個(gè)示例性方法披露了一種用于通過用一種微?；旌狭线M(jìn)行化學(xué)沉積法在低鉻含量的鋼質(zhì)物品上形成一個(gè)硬碳化物涂層的方法，其中處于化合物FeMo形式的鑰以及處于FeTi形式的鈦可以被添加到用來形成該涂層的微?；旌狭现?。
[0011]一種用于通過化學(xué)沉積法涂覆低鉻含量的鋼基底的示例性微?；旌狭习ㄒ环N第5族金屬源、一種鹵化物催化劑、以及FeMo或FeT1、或者一種FeMo和FeTi的混合物。[0012]—種不例性的鋼質(zhì)物品,例如一條鏈,可以通過向一個(gè)低鉻含量的鋼基底涂覆一個(gè)碳化物涂層來形成，其中該碳化物涂層可以由上一段的示例性微粒混合料形成。
[0013]其他示例性實(shí)施方案將從以下提供的詳細(xì)說明中變得清楚。應(yīng)該理解，詳細(xì)的說明和具體的實(shí)例雖然披露了示例性實(shí)施方案，但旨在僅用于說明的目的而并非旨在限定本發(fā)明的范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]通過詳細(xì)的說明以及附圖，本發(fā)明的示例性實(shí)施方案將會(huì)得到更加全面地理解，在附圖中:
圖1是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案涂覆有碳化物涂層的銷的一個(gè)理想化的截面；
圖2是用于在選定的物品上形成一個(gè)涂層的、裝有一種微?；旌狭系氖纠缘男D(zhuǎn)曲頸甑的一個(gè)縱截面圖示；
圖3是該曲頸甑的一個(gè)理想化的端截面，同樣示出了該微?；旌狭弦约斑x定的物品；
并且
圖4示出了一個(gè)無聲鏈的一部分，該無聲鏈總體上具有先有技術(shù)的設(shè)計(jì)但包括如來自圖1的銷。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下對(duì)這種或這些實(shí)施方案的說明在本質(zhì)上僅是示例性的(展示性的)而決非旨在限制本發(fā)明、其應(yīng)用或用途。
[0016]現(xiàn)在參見圖1，一個(gè)示例性實(shí)施方案包括一個(gè)物品10,該物品具有沿至少一個(gè)表面13涂覆有一種碳化物涂層14的一個(gè)低鉻含量的鋼芯12。
[0017]為此處的目的，一個(gè)低鉻含量的鋼芯12含有少于約1.6%的鉻。術(shù)語(yǔ)“鋼芯”在此可以與術(shù)語(yǔ)“鋼基底”互換使用，并且僅代表其中該物品包括一個(gè)有待用碳化物涂層14的低鉻含量的鋼表面。此處的所有百分比均為按重量計(jì)。
[0018]可以在鋼芯12中使用的一種低鉻含量的鋼的一個(gè)示例性實(shí)施方案是AlSl 52100(UNS-G-52986)鋼，這種鋼具有以下標(biāo)稱構(gòu)成:0.98-1.1重量百分比的碳；0.25-0.45重量百分比的錳；1.3-1.6重量百分比的鉻；0.025重量百分比或更少的磷；0.025重量百分比或更少的硫；0.15-0.35重量百分比的娃；以及余量的鐵。
[0019]在這個(gè)示例性說明中，用于形成碳化物涂層14的微粒混合料16可以包括一種第5族金屬源、一種鹵化物催化劑、以及或者鈦鐵(FeTi )粉末或者鑰鐵(FeMo)粉末(或者它們的混合物)。其他實(shí)質(zhì)上惰性的微粒，例如氧化鋁，也可以包括在微?；旌狭?6中，并且在一個(gè)實(shí)施方案中可以按不超過微?；旌狭?6的約百分之50的量存在。
[0020]一種第5族金屬源包括由國(guó)際理論化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)指定并推薦的18族分類的元素周期表上列出的一種第5族金屬。優(yōu)選地，在該微?；旌狭?6中的第5族金屬(釩和鈮是其僅有的成員)具有不大于41的原子序數(shù)。
[0021]可以引入該微?；旌狭?6的可用的鹵化物催化劑的非窮盡的清單包括氯化鐵、氯化銨、氯化鈮、氯化釩、或它們的混合物。該鹵化物催化劑可以按任何有效量使用，其中一個(gè)實(shí)施方案可以是按第5族金屬源的重量計(jì)約0.6%至3%的量。[0022]在一個(gè)實(shí)施方案中，包含在微?；旌狭?6中的FeTi或FeMo粉末的量可以是在第5族金屬源的約0.5與約4重量百分比之間。換言之，F(xiàn)eT1、或FeMo、或FeTi和FeMo的組合與該第5族金屬源的重量比可以是在約0.02至0.04的范圍內(nèi)。
[0023]一個(gè)示例性微?；旌狭?6可以包括具有0.8 mm至3 mm的顆粒尺寸的釩鐵(FeV)粉末以及約1%的選定的鹵化物催化劑；此處是氯化鐵(FeCl3)15此外，微?；旌狭?6還可以包括鑰鐵(FeMo)粉末。該鑰鐵粉末可以在該FeV粉末的約0.5和約4重量百分比之間。其他實(shí)質(zhì)上惰性的微粒，例如氧化鋁，可以包括在微?；旌狭?6中，并且在一個(gè)實(shí)施方案中是處于不超過微粒混合料16的約百分之50的量。
[0024]現(xiàn)在參照?qǐng)D2，該示例性實(shí)施方案的方法可以優(yōu)選地在一個(gè)旋轉(zhuǎn)容器20、或曲頸甑20中實(shí)施，該曲頸甑具有一個(gè)軸22，該軸通過軸襯30可旋轉(zhuǎn)地保持在加熱爐28的壁24和26中，并且是密封的。一個(gè)電動(dòng)機(jī)(未示出)可以按希望的速度旋轉(zhuǎn)容器20，而加熱爐28在一個(gè)實(shí)施方案中可以保持在約870至1093攝氏度(約1600至2000華氏度)的溫度、或者在另一個(gè)實(shí)施方案中在約927至1038攝氏度(約1700至1900華氏度)的溫度。在容器20內(nèi)部的可以是微?；旌狭?6以及至少一個(gè)鋼質(zhì)物品10，在這種情況下是多個(gè)鋼鏈銷10，這些銷有待用微粒混合料16涂覆以形成具有希望的厚度的碳化物涂層14。該希望的厚度可以實(shí)現(xiàn)至少HV 2000的表面硬度，這可以與約10到20微米的厚度相關(guān)聯(lián)。對(duì)于上一段的示例性微?；旌狭?6，碳化物涂層14是一種釩/碳化物涂層。
[0025]在一個(gè)實(shí)施方案中，空氣從旋轉(zhuǎn)容器20中被抽出并且該過程是在空氣基本不存在時(shí)在密封的旋轉(zhuǎn)容器20中進(jìn)行的。在另一個(gè)實(shí)施方案中，一種惰性氣體，優(yōu)選氬氣或氮?dú)猓灰肴萜?0中。在旋轉(zhuǎn)容器20的加熱和旋轉(zhuǎn)的過程中，可能造成在該微?；旌狭?6中的第5族金屬的源發(fā)生分解(dissociate)，從而提供在鋼芯12的表面上以鹵化物形式沉積的第5族金屬。碳被從物品10的鋼芯12的表面吸收以取代該鹵化物，然后該鹵化物返回該微粒混合料16與來自該源的另外的第5族金屬結(jié)合。在這個(gè)過程中可能只消耗很小百分比的第5族金屬源，估計(jì)為該金屬源中金屬的0.5%至2%，以提供通常所希望的10至20微米的涂層厚度。
[0026]添加到微粒混合料16的FeMo或FeTi粉末中的鑰或鈦是碳化物形成元素(carbide formers),這些形成元素在第5族金屬和鐵中具有高的溶解度，并且因此可以增加所形成的涂層到芯鋼基底12的界面結(jié)合。
[0027]在對(duì)這個(gè)或這些物品10進(jìn)行處理以形成一個(gè)硬涂層14 (如以上所述)后，可以將微?；旌狭?6和這些物品10分離，并且可以將微?；旌狭?6返回到旋轉(zhuǎn)容器20中重新使用，該旋轉(zhuǎn)容器將在有待涂覆的另外一個(gè)或多個(gè)物品10存在時(shí)再次被加熱。微?；旌狭?6無需在幾次重復(fù)過程中補(bǔ)充，但是可能包括以下可能性，即:在連續(xù)使用的微?；旌狭?6的大部分(至少50%)可能包含以前已為此目的而使用的材料時(shí)對(duì)該第5族金屬源和/或該催化劑進(jìn)行補(bǔ)充。由于在單次使用中可能總體上消耗少于2%的第5族金屬源，并且由于在該表面處離開該第5族金屬而被取代的鹵化物回到微?；旌狭?6與另外的第5族金屬結(jié)合，該示例性方法可以包括使用同一批微粒用于至少兩批的物品10、以及如該設(shè)施的經(jīng)濟(jì)狀況可能要求的另外的批次?？傮w而言至少五次使用將是相當(dāng)實(shí)用的。優(yōu)選地，對(duì)于任何給定的用途，該第5族金屬源中的第5族金屬與這些物品的比率將不低于按重量計(jì)I: 2，并且可以優(yōu)選地為按重量計(jì)1:1至2:1。[0028]然后，可以將包含碳化物涂層14的物品10進(jìn)行冷卻并與微?；旌狭?6分離。然后，可以在一個(gè)后生產(chǎn)步驟中將物品10進(jìn)行熱處理，這是通過使涂覆的物品10經(jīng)受至少奧氏體化溫度而進(jìn)行的并且以常規(guī)的方式淬火使該芯硬化，優(yōu)選達(dá)到RC44-56的最終芯硬度。然后可以按常規(guī)的方式將該物品10拋光。[0029]圖3是容器20的一個(gè)端截面，展示了在容器20的旋轉(zhuǎn)過程中，優(yōu)選地在這些擋板32的輔助下，這些成分是如何進(jìn)行混合的。該微粒混合料16以及有待涂覆的這個(gè)或這些物品10在容器20的旋轉(zhuǎn)過程中可能基本上恒定地接觸，在該容器中致使該碳化物涂層14在鋼鏈銷10的表面上以希望的厚度形成，其中該希望的厚度可能主要取決于物品10在旋轉(zhuǎn)容器20內(nèi)旋轉(zhuǎn)的時(shí)間量。該器皿、曲頸甑、或容器20可以被搖動(dòng)或以其他方式攪動(dòng)而不被旋轉(zhuǎn)。
[0030]在圖4中，示出了一種典型的無聲鏈的一部分，包括多組板片A和B，每個(gè)板片具有用于銷10的兩個(gè)洞。在此構(gòu)型中，具有四個(gè)板片的多個(gè)平行組A和具有三個(gè)板片的多個(gè)平行組B可以被成型為用于容納鏈輪或者以其他方式嚙合一個(gè)未示出的力傳送裝置。取決于該鏈的設(shè)計(jì)，板片A或B中的一些可以在這些銷10上鉸接而其他板片可以被固定到這些板片上以使其不在這些銷上旋轉(zhuǎn)。在任一情況下，無論在該板片/銷界面是否有鉸接，都可能在這些銷與這些板片的界面處引起顯著的應(yīng)力和磨損。
[0031]根據(jù)該示例性方法制造的鏈銷10與更常規(guī)的銷進(jìn)行的比較表明，這些銷10上的硬涂層當(dāng)在虎鉗中被彎曲時(shí)不會(huì)從該銷10上剝落，而由常規(guī)方法制造的銷則會(huì)剝落。這總體上認(rèn)為是，當(dāng)該銷10的涂層14可能受到刮擦?xí)r，它仍然會(huì)比常規(guī)的銷的涂層更加牢固地附著。如以上所表明，硬涂層的剝落或碎裂對(duì)磨損的鏈部件接觸表面會(huì)是非常有害的。
[0032]本發(fā)明的實(shí)施方案的以上說明在本質(zhì)上僅僅是示例性的，并且因此其多種變體不得被認(rèn)為是脫離了本發(fā)明的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種在鋼芯上形成碳化物涂層的方法，包括: 提供一種含鉻的鋼芯； 形成一種微粒混合料，所述微粒混合料包括一種含有第5族金屬的第5族金屬源、一種鹵化物催化劑、以及一種包含鑰鐵或鈦鐵中至少一種的粉末，其中所述第5族金屬具有不大于41的原子序數(shù)；并且 使用所述微粒混合料，通過化學(xué)沉積過程在所述鋼芯的至少一個(gè)表面上形成一個(gè)碳化物涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第5族金屬源包括釩鐵。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述微?；旌狭现械乃龇勰┡c所述第5族金屬的重量比是在約0.02至0.04之間。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成一個(gè)涂層包括: 將所述微粒混合料和所述鋼芯引入一個(gè)密封的容器； 將所述密封的容器加熱到約870至1093攝氏度的溫度； 使所述鋼芯與所述微?；旌狭显谒雒芊獾娜萜髦薪佑|預(yù)定的時(shí)間段，以在所述鋼芯的所述表面上形成具有所希望的厚度的一個(gè)碳化物涂層。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述微?；旌狭习ㄒ环N鑰鐵和鈦鐵的混合物，其中所述微?；旌狭现械乃龌旌衔锱c釩鐵的重量比是在約0.02至0.04之間。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述低鉻含量的鋼芯的鉻含量不超過約1.6重量百分比。`
7.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括: 冷卻包含所述碳化物涂層的所述鋼芯； 將包含所述碳化物涂層的所述鋼芯與所述微?；旌狭戏蛛x； 將包含所述碳化物涂層的所述鋼芯加熱到至少其奧氏體化溫度；并且將包含所述碳化物涂層的所述鋼芯淬火，從而使所述物品具有Rc44-56的芯硬度以及至少HV 2000的表面硬度。
【文檔編號(hào)】C23C10/30GK103556109SQ201310514550
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2009年10月7日 優(yōu)先權(quán)日:2008年10月16日
【發(fā)明者】M.賽特 申請(qǐng)人:博格華納公司