一種用於熱作模具鋼表面強化的耐磨金屬陶瓷塗層及其製備方法
2023-05-30 11:07:06
專利名稱：一種用於熱作模具鋼表面強化的耐磨金屬陶瓷塗層及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬陶瓷塗層及其製備方法，更具體地說，涉及用於熱作模具鋼表面強化的金屬陶瓷塗層及其製備方法。
背景技術：
鋼鐵工業的快速發展對鋼鐵材料性能的要求越來越高，傳統的鋼材由於其硬度、 耐磨性、耐熱衝擊等性能比較差，已經不能滿足工業產品的需求，而金屬陶瓷因具有優良的硬度、耐磨性和耐腐蝕性等性能，已經逐漸得到了重視。熱作模具鋼在工作時與熱態金屬相接觸，型腔表面溫度高達400 600°C，這樣高的溫度會使模腔表面硬度和強度顯著降低。而且金屬在巨大的壓應力、張應力、彎曲應力和衝擊載荷的作用下，與型腔相對運動，會對模具產生強烈的磨損。模具工作過程中反覆受到冷卻介質冷卻和熱態金屬加熱的交替作用，熱磨損和熱疲勞是模具主要的失效形式，這就要求模具鋼表面具有高硬度、良好的耐磨性、尺寸穩定性、紅硬性、抗熱疲勞性和綜合力學性能。鑑於熱作模具的失效大都由表面開始，從節省能源和資源，充分發揮材料性能潛力並獲得特殊性能和最大經濟效益出發，對模具鋼模具進行表面改性處理，是綜合改善芯棒工作壽命的關鍵。塗層技術作為材料表面技術的重要手段，旨在用極少量的材料起大量、昂貴的整體材料所起到的作用，同時極大地降低產品的成本，從而達到提高產品質量、延長使用壽命、節約資源和能源的目的。因此，選擇適當的工藝方法在鋼材的工作表面製備一定厚度的耐磨、抗熱疲勞性能好的金屬陶瓷塗層，是當前亟待解決的課題。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，針對熱作模具鋼在工作過程中的失效形式，提供一種在模具鋼表面製備三元硼化物金屬陶瓷塗層及其工藝。本發明的目的通過下述技術方案予以實現針對熱作模具鋼在工作過程中的失效形式，通過反覆研究改進，提供一種在模具鋼表面製備三元硼化物金屬陶瓷塗層，採用等離子噴塗工藝。該等離子噴塗工藝採用等離子噴塗設備和同步自動送粉裝置，由直流電驅動的等離子電弧作為熱源，將配製的粉末材料加熱到熔融或半熔融狀態，並以高速噴向經過預處理的工件表面，等離子電弧移開後，在模具鋼表面形成附著牢固的塗層(例如可達I 2_厚)，經過後期熱處理，使得塗層具有更好的耐磨性、抗熱疲勞性能，最終使工件使用壽命提高I倍或數倍以上，具體來說，可按下述步驟進行首先(即步驟I)對模具鋼基體進行預熱處理，為了保證鋼基體所需要的硬度，防止在加工過程中產生變形，對基體進行淬火和回火的預熱處理，可根據不同模具鋼的性能選擇與之相適應的預熱處理工藝。其次(即步驟2)對工作層表面進行清理和機械加工，可選用溶劑清除鋼基體表面的油汙(例如乙醇、丙酮等)，再對鋼基體的工作層採用打磨或噴砂處理。步驟3、進行等離子噴塗加工，採用的噴塗粉末的其化學成份按質量百分比為 FeB :10-12%,Mo :16-18%, Ni 0. 5-1%, Cr 0. 5-1%, C 0. 2-0. 5%、餘量為 Fe 粉；優選為 FeB :10-12%,Mo :16-18%, Ni 0. 5-0. 8%, Cr 0. 8-1%, C 0. 2-0. 5%、餘量為 Fe 粉；同時
調整自動送粉裝置的送粉速率滿足塗層需要。最後(步驟4)進行後續熱處理，對等離子噴塗後的製件進行真空燒結處理，以減少等離子噴塗後塗層及基體組織轉變後殘餘應力，溫度為1100-120(TC，去應力退火時間為30min 60min ;優選為1140_1200°C，去應力退火時間為30min 40min ;更加優選 1150-1200°C，去應力退火時間為30min 40min。等離子噴塗加工及自動送粉裝置的工藝參數如表I :表I等離子噴塗加工及自動送粉裝置的工藝參數
權利要求
1.一種用於熱作模具鋼表面強化的耐磨金屬陶瓷塗層，其特徵在於，按照下述步驟進行製備步驟(I)對模具鋼基體進行預熱處理，防止在加工過程中產生變形；步驟(2)對工作層表面進行清理和機械加工；步驟(3)進行等離子噴塗加工，採用的噴塗粉末的其化學成份按質量百分比為FeB: 10-12%, Mo :16-18%, Ni :0. 5-1%, Cr :0. 5-1%, C 0. 2-0. 5%、餘量為 Fe 粉；由直流電驅動的等離子電弧作為熱源，將配製的粉末材料加熱到熔融或半熔融狀態，並以高速噴向經過預處理的工件表面，同時調整自動送粉裝置的送粉速率滿足塗層需要；步驟(4)進行後續熱處理，對等離子噴塗後的製件進行真空燒結處理，以減少等離子噴塗後塗層及基體組織轉變後殘餘應力。
2.根據權利要求I所述的一種用於熱作模具鋼表面強化的耐磨金屬陶瓷塗層，其特徵在於，所述步驟(2)中，可選用乙醇或者丙酮清除鋼基體表面的油汙，再對鋼基體的工作層採用打磨或噴砂處理。
3.根據權利要求I所述的一種用於熱作模具鋼表面強化的耐磨金屬陶瓷塗層，其特徵在於，所述步驟(3)中，採用的噴塗粉末的其化學成份按質量百分比優選為FeB:10-12%、 Mo :16-18%, Ni 0. 5-0. 8%, Cr :0. 8-1%, C :0. 2-0. 5%、餘量為 Fe 粉。
4.根據權利要求I所述的一種用於熱作模具鋼表面強化的耐磨金屬陶瓷塗層，其特徵在於，所述步驟(3)中，等離子噴塗加工及自動送粉裝置的工藝參數為等離子氣體為Ar 氣、送粉氣流量為5-7L · mirT1、電弧的功率為31 35kw、噴塗距離為80_110mm。
5.根據權利要求I所述的一種用於熱作模具鋼表面強化的耐磨金屬陶瓷塗層，其特徵在於，所述步驟(4)中，對等離子噴塗後的製件進行真空燒結處理，溫度為1100-1200°C，去應力退火時間為30min 60min ;優選為1140_1200°C，去應力退火時間為30min 40min ； 更加優選1150-1200°C，去應力退火時間為30min 40min。
6.一種用於熱作模具鋼表面強化的耐磨金屬陶瓷塗層的製備方法，其特徵在於，按照下述步驟進行步驟(I)對模具鋼基體進行預熱處理，防止在加工過程中產生變形；步驟(2)對工作層表面進行清理和機械加工；步驟(3)進行等離子噴塗加工，採用的噴塗粉末的其化學成份按質量百分比為FeB: 10-12%,Mo :16-18%,Ni :0. 5-1%, Cr :0. 5-1%, C 0. 2-0. 5%、餘量為 Fe 粉；由直流電驅動的等離子電弧作為熱源，將配製的粉末材料加熱到熔融或半熔融狀態，並以高速噴向經過預處理的工件表面，同時調整自動送粉裝置的送粉速率滿足塗層需要；步驟(4)進行後續熱處理，對等離子噴塗後的製件進行真空燒結處理，以減少等離子噴塗後塗層及基體組織轉變後殘餘應力。
7.根據權利要求6所述的一種用於熱作模具鋼表面強化的耐磨金屬陶瓷塗層的製備方法，其特徵在於，所述步驟(2)中，可選用乙醇或者丙酮清除鋼基體表面的油汙，再對鋼基體的工作層採用打磨或噴砂處理。
8.根據權利要求6所述的一種用於熱作模具鋼表面強化的耐磨金屬陶瓷塗層的製備方法，其特徵在於，所述步驟(3)中，採用的噴塗粉末的其化學成份按質量百分比優選為 FeB :10-12%, Mo :16-18%, Ni 0. 5-0. 8%, Cr 0. 8-1%, C 0. 2-0. 5%、餘量為 Fe 粉。
9.根據權利要求6所述的一種用於熱作模具鋼表面強化的耐磨金屬陶瓷塗層的製備方法，其特徵在於，所述步驟(3)中，等離子噴塗加工及自動送粉裝置的工藝參數為等離子氣體為Ar氣、送粉氣流量為5-7L .min'電弧的功率為31 35kw、噴塗距離為80_110mm。
10.根據權利要求6所述的一種用於熱作模具鋼表面強化的耐磨金屬陶瓷塗層的製備方法，其特徵在於，所述步驟(4)中，對等離子噴塗後的製件進行真空燒結處理，溫度為 1100-1200°C，去應力退火時間為30min 60min ;優選為1140_1200°C，去應力退火時間為 30min 40min ;更加優選1150-1200°C，去應力退火時間為30min 40min。
全文摘要
本發明公開了一種在模具鋼表面製備三元硼化物金屬陶瓷塗層及其工藝，針對熱作模具鋼在工作過程中的失效形式，採用等離子噴塗工藝。該等離子噴塗工藝採用等離子噴塗設備和同步自動送粉裝置，由直流電驅動的等離子電弧作為熱源，將配製的粉末材料加熱到熔融或半熔融狀態，並以高速噴向經過預處理的工件表面，等離子電弧移開後，在模具鋼表面形成附著牢固的塗層，經過後期熱處理，使得塗層具有更好的耐磨性、抗熱疲勞性能，最終使工件使用壽命提高1倍或數倍以上。
文檔編號C23C4/10GK102586716SQ20121009932
公開日2012年7月18日 申請日期2012年4月6日 優先權日2012年4月6日
發明者餘黎明, 劉永長, 檀慧, 秦鳳明 申請人:天津大學