一種具有硬膜結構的鋅合金模具的製作方法

2023-05-08 18:10:01 2

專利名稱：一種具有硬膜結構的鋅合金模具的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬模具，更具體的說，涉及一種具有硬膜結構的鋅合金模具。
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。傳統模具用製造模具用鋅合金材料主要成分是鋅、鋁、銅、鎂，Zn-Al-Cu-Mg系合金是現有技術中性能最好和實際使用最多的製造模具用鋅合金，在Zn-Al-Cu-Mg合金中通過添加某些微量元素可以提高其性能。作為現有的鋅合金模具仍存在如下問題1、力學性能仍未達到模具製造要求，強度比鋼模低得多，且合金的硬度和耐磨性較差，在較大的衝裁力或型腔注射壓力和鎖模力作用下容易損壞；合金的硬度和耐磨性較差，模具的使用壽命短，只能達到上千件的生產數量；2、鋅合金軟化溫度低，尺寸不穩定。鋅合金熔點低，在200°C以上工作時，強度、 硬度降低，在大的衝裁力或高的注射壓力作用下，模具型腔容易產生熱變形，影響製件的精度，而且磨損量加大。為了解決上述問題，本申請的申請人在鋅合金模具表面噴塗了硬膜結構的塗層， 從而在鋅合金表面上在其表面形成耐磨、耐高溫的硬膜塗層的複合結構模具。本發明的目的在於提供一種具有硬膜結構的鋅合金模具的製備方法，該方法可以用來可提高鋅合金模具的耐磨耐高溫性能，將鋅合金模具的使用壽命從一千次左右提高到數千次，甚至可達萬次以上，顯著延長了鋅合金模具的使用壽命。為此本發明採用了以下技術方案一種具有硬膜結構的鋅合金模具，其具有以下層結構(1) 一種鋅合金衝壓模具作為基底；(2)施加於基底上的中間過渡層，所述的中間層為ZnCrAlY塗層；(3)施加於中間層上的硬膜結構，所述的硬膜結構包含SiC、Si3N4和Mo。其中，所述的鋅合金的組成和成分為A1 :5wt% -22wt%, Cu -M % _10襯％、錳 2wt% _5wt%，餘量為 Zn。所述的ZnCrAlY塗層中，Zn的質量分數為35_45.5wt%，Cr的質量分數為 36-48wt%, Al的質量分數為2. 5-8.餘量的Y。
其中，硬膜結構中，含SiC :35_48wt%，含 Si3N4 :18_36wt%，餘量為 Mo。其中，中間過渡層的厚度為10um-50um，優選其厚度為10um-20um。其中，硬膜結構的厚度為lmm-5mm，優選其厚度為lmm-3mm。噴塗的方法形成ZnCrAlY塗層，然後在保護氣氛下退火形成中間過渡層。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。其中，硬膜結構的表面塗層通過噴塗含SiC、Si3N4和Mo的粉末形成，其中所述的粉末中，含SiC :35-48wt %，含Si3N4 18_36wt %，餘量為Mo。噴塗時，其工藝參數為工作電壓20-40V;噴塗距離為100-200mm;空氣壓力為0.5-0. 9MPa。硬膜結構的厚度為 lmm-5mm,優選其厚度為lmm-3mm0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，並且防止了內部的金屬層經過擴散作用，其中的金屬原子擴散至表面的硬膜結構中。通過本發明的方法製備的鋅合金模具，具有ZnCrAlY中間層和含有SiC、Si3N4和 Mo硬膜結構的塗層，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，中間層可以增加含有Mo的SiC與Si3N4的硬膜結構與基底之間的鋅合金模具之間的粘結力。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典型的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模具1 第一層鋅合金衝壓模具基底，其中所述的鋅合金的組成和成分為A1 :8wt%, Cu :3wt%,Mn 2. 5wt%，餘量為 Zn。第二層=ZnCrAlY中間過渡層，Zn的質量分數為38wt%，Cr的質量分數為 38wt%,Al的質量分數為3. 5襯％和餘量的Y。ZnCrAlY中間過渡層的厚度為10um。第三層硬膜結構，其中含SiC :35wt%，含Si3N4 :36wt%，餘量為Mo。硬膜結構的厚度為1. 5mmο實施例2模具2 第一層鋅合金衝壓模具基底，其中所述的鋅合金的組成和成分為A1 :8wt%, Cu :2wt%,Mn 2. 5wt%，餘量為 Zn。第二層=ZnCrAlY中間過渡層，Zn的質量分數為35wt%，Cr的質量分數為 38wt%,Al的質量分數為3. 5襯％和餘量的Y。ZnCrAlY中間過渡層的厚度為10um。第三層硬膜結構，其中含SiC :35wt%，含Si3N4 :36wt%，餘量為Mo。硬膜結構的厚度為4. 5mm。實施例3模具3 第一層鋅合金衝壓模具基底，其中所述的鋅合金的組成和成分為A1 :10wt%, Cu 3. 5wt%,Mn :2· 8wt%，餘量為 Zn。

第二層=ZnCrAlY中間過渡層，Zn的質量分數為35wt%，Cr的質量分數為 45wt%,Al的質量分數為6. 5襯％和餘量的Y。ZnCrAlY中間過渡層的厚度為10um。第三層硬膜結構，其中含SiC :45wt%，含Si3N4 :35wt%，餘量為Mo。硬膜結構的厚度為5. Omm。實施例4模具4 第一層鋅合金衝壓模具基底，其中所述的鋅合金的組成和成分為A1 12. 5wt%,Cu 3. 2wt%,Mn 2. 9wt%，餘量為 Zn。第二層=ZnCrAlY中間過渡層，Zn的質量分數為39wt%，Cr的質量分數為 46wt%,Al的質量分數為6. 5襯％和餘量的Y。ZnCrAlY中間過渡層的厚度為10um。第三層硬膜結構，其中含SiC :45wt%，含Si3N4 :35wt%，餘量為Mo。硬膜結構的厚度為4. Omm。實施例5模具5 第一層鋅合金衝壓模具基底，其中所述的鋅合金的組成和成分為A1 :14wt%, Cu 3. 5wt%,Mn :2· 5wt%，餘量為 Zn。第二層=ZnCrAlY中間過渡層，Zn的質量分數為43wt%，Cr的質量分數為 45wt%,Al的質量分數為4. 5襯％和餘量的Y。ZnCrAlY中間過渡層的厚度為10um。第三層硬膜結構，其中含SiC :48wt%，含Si3N4 :32wt%，餘量為Mo。硬膜結構的厚度為2. 5mm。實施例6模具6 第一層鋅合金衝壓模具基底，其中所述的鋅合金的組成和成分為A1 :16wt%, Cu 6. 5wt%>Mn 3. 5wt%，餘量為 Zn。第二層=ZnCrAlY中間過渡層，Zn的質量分數為42wt%，Cr的質量分數為 39wt%,Al的質量分數為7. 5襯％和餘量的Y。ZnCrAlY中間過渡層的厚度為10um。第三層硬膜結構，其中含SiC :48wt%，含Si3N4 :32wt%，餘量為Mo。硬膜結構的厚度為3. 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不同的模具，例如通過改變公知的塗覆方法和/或調整各塗層以及基體的組分以及含量，但這些相應的改變和變形所得到的模具都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
權利要求
1.一種具有硬膜結構的鋅合金模具，其具有以下層結構(1)一種鋅合金模具作為基底；(2)施加於基底上的中間過渡層，所述的中間過渡層為ZnCrAlY塗層；(3)施加於中間過渡層上的硬膜結構，所述的硬膜結構包含SiC、Si3N4和Mo。
2.權利要求1所述的鋅合金模具，其特徵在於所述的ZnCrAlY塗層中，Zn的質量分數為35-45. 5wt%,Cr的質量分數為36_48wt%，Al的質量分數為2. 5-8. 5襯％和餘量的Y。
3.權利要求1所述的鋅合金模具，其特徵在於其中所述的粉末中，含SiC:35-48wt%, 含 Si3N4 18-36wt %，餘量為 Mo。
4.權利要求1所述的鋅合金模具，其特徵在於所述的中間過渡層的厚度為10Um-50Um。
5.權利要求5所述的鋅合金模具，其特徵在於所述的中間過渡層的厚度為10Um-20Um。
6.權利要求1所述的鋅合金模具，其特徵在於所述的硬膜結構的厚度為lmm-5mm。
7.權利要求6所述的鋅合金模具，其特徵在於所述的硬膜結構的厚度為lmm-3mm。
8.權利要求1所述的鋅合金模具，其特徵在於所述的鋅合金的組成和成分為A1 5wt% -22wt%,Cu :2wt% -IOwt%、猛 2wt% _5wt%餘量為 Zn。
全文摘要
本發明提供了，涉及一種具有耐高溫塗層的鋅合金模具的製備方法，其包括以下步驟提供一種鋅合金模具作為基底，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ZnCrAlY塗層；施加耐高溫塗層，所述的耐高溫塗層包含SiC、TiC、Fe和Ni。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B21D22/02GK102330048SQ201110161620
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