一種具有自潤滑塗層的鎳基超耐熱模具的製備方法
2023-05-08 18:09:56
專利名稱：一種具有自潤滑塗層的鎳基超耐熱模具的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬模具的製備方法，更具體的說，涉及一種具有自潤滑塗層的鎳基超耐熱模具的製備方法。
背景技術：
模具廣泛應用於衝壓成型加工。對於衝壓成型的模具一般需要具有以下性能(1)高溫環境下，具有很好的鋼性、耐機械衝擊強度及高的硬度。(2)在反覆以及快速加熱冷卻的熱衝擊下，模具不產生裂紋或變形。(3)高溫條件下，模具成型表面與成型金屬不發生化學反應。(4)模具在高溫條件下不會發生高溫氧化現象。(5)加工性能好，易加工成高精度以及高表面光潔度的表面。傳統的用於澆注高熔點金屬或玻璃等物質的模具大多採用不鏽鋼或者鎳基耐熱合金鋼作為模具材料，但是這種模具容易發生高溫氧化，在反覆的熱循環作用下，材料的內部晶相結構發生改變，並且表面質量也變差，從而容易導致模具失效。為了解決上述問題，硬質的金屬氧化物陶瓷顆粒以及超硬的合金被用於製造模具。但是由於所述的材料硬度非常高，很難加工成所需的特定形狀。所以以超硬合金或者耐高溫合金為模具基體，在其表面形成耐磨、耐高溫腐蝕或具有其它特殊性能的塗層的複合結構模具成為行業發展的新方向。
發明內容
本發明的目的在於提供一種具有自潤滑功能的鎳基超耐熱模具的製備方法，該方法可以用來可提高鎳基超耐熱模具的起模性能以及顯著延長該模具的使用壽命。為了實現上述目的，本發明首先提供了一種具有自潤滑功能的鎳基超耐熱模具的製備方法，其包括以下步驟(1)提供一種鎳基超耐熱模具作為基底，對基底待處理的表面進行前處理；(2)施加一層中間過渡層，所述的中間層為NiCrAlY塗層；(3)施加一層阻擋層，所述的阻擋層為TiN或者TaN塗層；(4)施加具有自潤滑功能的表面塗層，所述的自潤滑功能的表面塗層包含BN。其中，在步驟(1)中所述的前處理步驟包括去除基底表面的油汙和氧化層的步驟，其可以使用現有技術中公知的前處理工藝，例如使用鹼洗、酸洗等，優選使用等離子蝕刻方法蝕刻掉表面的氧化層。其中，在步驟(2)中可以使用塗刷或者噴塗的方法形成NiCrAlY塗層，然後在保護氣氛下退火形成中間過渡層。所述的噴塗方法可以選自火焰噴塗、超音速火焰噴塗、電弧噴塗、爆炸噴塗、冷噴塗等方法；所述的NiCrAlY塗層中，Ni的質量分數為75_83. 5wt%, Cr的質量分數為8-15wt%，Al的質量分數為2. 5-7. 5襯％和餘量的Y。其中所述的保護氣氛退火是指真空退火或惰性氣體退火或者還原氣氛退火，所述的保護性氣體可以選自由N2、Ar、H2或者它們的任意組合所組成的組中。中間層的厚度為5um-100um，優選其厚度為 5um_20umo其中 ，在步驟(3)中，可以使用塗刷、噴塗、熱浸、固滲的方法形成阻擋層，阻擋層的厚度為10um-50um，優選其厚度為10um-25um。優選使用固滲的方法形成阻擋層，即首先在步驟(2)處理的表面通過粉末固體或者液體滲鈦或鉭，然後在含氮氣氛中退火，形成TiN 或者TaN塗層。其中，在步驟(4)中，自潤滑功能的表面塗層通過噴塗含氮化硼以及硼的粉末形成，其中所述的粉末中，含氮化硼45-78wt%，含硼22-55wt%。噴塗時，其工藝參數為工作電壓25-40V ；噴塗距離為100-250mm ；空氣壓力為0. 5-0. 9MPa。自潤滑塗層的厚度為 500um-5mm,優選其厚度為2mm-5mm0使用中間層可以防止基底層在高溫澆鑄過程發生高溫氧化現象，另外也加強了基底與塗層之間的粘結強度，使用阻擋層防止了內部的金屬層(基底層和NiCrAlY合金層) 經過擴散作用，其中的金屬原子擴散至表面的自潤滑功能塗層中，損害自潤滑功能塗層的自潤滑功能。通過本發明的方法製備的鎳基超耐熱模具，具有NiCrAlY中間層、TiN或者TaN阻擋層和含有硼的氮化硼塗層，由於基底與塗層之間彼此相鄰設置且原子結構大致相近，因此，相鄰的塗層不會因為原子缺陷等問題，產生內應力並造成塗層之間粘結性差的問題，通過本發明的塗層結構設計，中間層及阻擋層可以增加含有硼的氮化硼塗層與基底的之間的鎳基超耐熱模具之間的粘結力。並且，本發明的自潤滑塗層中，除了作為硬質相的氮化硼之夕卜，還有特定數量的硼，可以降低表面塗層的內部應力及其摩擦係數。因此，採用本申請所述結構的模具，可增加模具的使用壽命及其使用性能。
具體實施例方式以下將通過具體實施例對本發明的技術方案做出進一步的說明。申請人需要強調的是，以下實施例僅僅是為了詳細說明發明的內容的需要，而不能認為是對本發明的限制。 本發明要求保護的範圍，以權利要求書所限定的技術方案為準。實施例1步驟1提供一種鎳基超耐熱模具作為基底，所述的鎳基超耐熱模具使用的是一種鎳基超耐熱合金，其組成和含量為=Cr :15wt%, Al :5wt%、B :2wt%、Mo :10財％和餘量的Ni以及不可避免的雜質，其中不可避免的雜質的總含量低於0. 15wt%。首先使用常規鹼洗的手段去除基底表面的油汙，然後使用等離子蝕刻的方法，蝕刻掉基底表面的氧化物，露出新鮮的基底合金層。步驟2塗刷由Ni、Cr、Al、Y粉末組成的金屬粉末塗料，然後在真空氣氛下，於600度退火 Ih形成NiCrAlY塗層；所述的NiCrAlY塗層中，Ni的質量分數為78. 5wt%，Cr的質量分數為10wt%，Al的質量分數為6. 2襯％和餘量的Y。中間層的厚度為10um。步驟3使用固滲的方法形成Ti層，然後在氮氣氣氛中，於300度退火處理25分鐘形成TiN阻擋層，阻擋層的厚度為10um。步驟4自潤滑功能的表面塗層通過噴塗含氮化硼以及硼的粉末形成，其中所述的粉末中，含氮化硼72wt%，含硼28wt%。噴塗時，其工藝參數為工作電壓30V;噴塗距離為 150mm ；空氣壓力為O. 8MPa。自潤滑塗層的厚度為2mm。實施例2步驟1 提供一種鎳基超耐熱模具作為基底，所述的鎳基超耐熱模具使用的是一種鎳基超耐熱合金，其組成和含量為Cr :12wt%、Al :8wt%,C :2wt%,Fe餘量的Ni以及不可避免的雜質，其中不可避免的雜質的總含量低於0. 15wt%。首先使用常規鹼洗的手段去除基底表面的油汙，然後使用等離子蝕刻的方法，蝕刻掉基底表面的氧化物，露出新鮮的基底合金層ο步驟2噴塗由Ni、Cr、Al、Y粉末組成的金屬粉末形成噴塗層，然後在真空氣氛下，於500 度退火Ih形成NiCrAlY塗層；所述的NiCrAlY塗層中，Ni的質量分數為82. 5wt%, Cr的質量分數為12wt%，Al的質量分數為5. 5襯％和餘量的Y。中間層的厚度為10um。步驟3使用固滲的方法形成Ta層，然後在氮氣氣氛中，於450度退火處理30分鐘形成 TaN阻擋層，阻擋層的厚度為10um。步驟4自潤滑功能的表面塗層通過噴塗含氮化硼以及硼的粉末形成，其中所述的粉末中，含氮化硼68wt%，含硼32wt%。噴塗時，其工藝參數為工作電壓30V;噴塗距離為 180mm ；空氣壓力為O. 7MPa。自潤滑塗層的厚度為3mm。實施例3步驟1提供一種鎳基超耐熱模具作為基底，所述的鎳基超耐熱模具使用的是一種鎳基超耐熱合金，其組成和含量為Cr:20wt%、Ti :5wt%、B :3wt%、Mo餘量的Ni以及不可避免的雜質，其中不可避免的雜質的總含量低於0. 15wt%。首先使用常規鹼洗的手段去除基底表面的油汙，然後使用等離子蝕刻的方法，蝕刻掉基底表面的氧化物，露出新鮮的基底合金層。步驟2電弧噴塗由Ni、Cr、Al、Y粉末組成的金屬粉末塗料，然後在惰性氣體氣氛下，於 500度退火Ih形成NiCrAlY塗層；所述的NiCrAlY塗層中，Ni的質量分數為83. 5wt%,Cr 的質量分數為12wt%，Al的質量分數為3. 2襯％和餘量的Y。中間層的厚度為20um。步驟3使用固滲的方法形成Ta層，然後在氮氣氣氛中，於450度退火處理30分鐘形成 TaN阻擋層，阻擋層的厚度為20um。步驟4自潤滑功能的表面塗層通過噴塗含氮化硼以及硼的粉末形成，其中所述的粉末中，含氮化硼63wt%，含硼 37wt%。噴塗時，其工藝參數為工作電壓30V ；噴塗距離為 180mm ；空氣壓力為0. 7MPa。自潤滑塗層的厚度為5mm。 在不背離本發明精神及其實質的情況下，本領域的普通技術人員當可根據本發明的發明內容做出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
權利要求
1.一種具有自潤滑功能的鎳基超耐熱模具的製備方法，其包括以下步驟(1)提供一種鎳基超耐熱模具作為基底，對基底待處理的表面進行前處理；(2)施加一層中間過渡層，所述的中間層為NiCrAlY塗層；(3)施加一層阻擋層，所述的阻擋層為TiN或者TaN塗層；(4)施加具有自潤滑功能的表面塗層，所述的自潤滑功能的表面塗層包含BN。
2.權利要求1所述的鎳基超耐熱模具的製備方法，其特徵在於所述的前處理步驟包括鹼洗除油和使用等離子蝕刻方法蝕刻掉表面的氧化層。
3.權利要求1所述的鎳基超耐熱模具的製備方法，所述的MCrAlY塗層的組成和含量位Ni的質量分數為75-83. 5wt%, Cr的質量分數為8_15wt%，Al的質量分數為 2. 5-7.餘量的 Y。
4.權利要求1所述的鎳基超耐熱模具的製備方法，其特徵在於所述的MCrAlY塗層使用塗刷或者噴塗的方法形成，然後在保護氣氛下退火形成中間過渡層。
5.權利要求4所述的鎳基超耐熱模具的製備方法，其特徵在於所述的噴塗方法選自火焰噴塗、超音速火焰噴塗、電弧噴塗、爆炸噴塗或冷噴塗方法。
6.權利要求4所述的鎳基超耐熱模具的製備方法，其特徵在於所述的保護氣氛退火是指真空退火或惰性氣體退火或者還原氣氛退火。
7.權利要求4所述的鎳基超耐熱模具的製備方法，其特徵在於所述的保護性氣體選自由N2、Ar、H2或者它們的任意組合所組成的組。
8.權利要求1所述的鎳基超耐熱模具的製備方法，其特徵在於阻擋層使用塗刷、噴塗、 熱浸、固滲的方法形成金屬鈦或鉭層，然後在含氮氣氛中退火，形成TiN或者TaN塗層。
9.權利要求1所述的鎳基超耐熱模具的製備方法，其特徵在於自潤滑功能的表面塗層通過噴塗含氮化硼以及硼的粉末形成。
10.權利要求1所述的鎳基超耐熱模具的製備方法，其特徵在於其中所述的粉末中含氮化硼45-78wt%，含硼22-55wt%。
全文摘要
本發明涉及一種具有自潤滑塗層的鎳基超耐熱模具的製備方法，其包括以下步驟提供一種鎳基超耐熱模具作為基底，對基底待處理的表面進行前處理；施加一層中間過渡層，所述的中間層為NiCrAlY塗層；施加一層阻擋層，所述的阻擋層為TiN或者TaN塗層；施加具有自潤滑功能的表面塗層，所述的自潤滑功能的表面塗層包含BN。採用本申請所述結構的模具，可增加模具的使用壽命及其使用性能。
文檔編號B21D37/10GK102327963SQ201110161619
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月16日 優先權日2011年6月16日
發明者鄭霞 申請人:崑山市瑞捷精密模具有限公司