專(zhuān)利名稱(chēng)：一種具有硬膜結(jié)構(gòu)的鎳基超耐熱模具的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬模具的制備方法，更具體的說(shuō)，涉及一種具有硬膜結(jié)構(gòu)的鎳基超耐熱模具的制備方法。
背景技術(shù)：
模具廣泛應(yīng)用于沖壓成型加工。對(duì)于沖壓成型的模具一般需要具有以下性能(1)高溫環(huán)境下，具有很好的鋼性、耐機(jī)械沖擊強(qiáng)度及高的硬度。(2)在反復(fù)以及快速加熱冷卻的熱沖擊下，模具不產(chǎn)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)。(4)模具在高溫條件下不會(huì)發(fā)生高溫氧化現(xiàn)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(tǒng)的用于澆注高熔點(diǎn)金屬或玻璃等物質(zhì)的模具大多采用不銹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(fā)生高溫氧化，在反復(fù)的熱循環(huán)作用下，材料的內(nèi)部晶相結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，并且表面質(zhì)量也變差，從而容易導(dǎo)致模具失效。為了解決上述問(wèn)題，硬質(zhì)的金屬氧化物陶瓷顆粒以及超硬的合金被用于制造模具。但是由于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涂層的復(fù)合結(jié)構(gòu)模具成為行業(yè)發(fā)展的新方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有硬膜結(jié)構(gòu)的鎳基超耐熱模具的制備方法，該方法可以用來(lái)可提高鎳基超耐熱模具的起模性能以及顯著延長(zhǎng)該模具的使用壽命。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明首先提供了一種具有硬膜結(jié)構(gòu)的鎳基超耐熱模具的制備方法，其包括以下步驟(1)提供一種鎳基超耐熱模具作為基底，對(duì)基底待處理的表面進(jìn)行前處理；(2)施加一層中間過(guò)渡層，所述的中間層為NiCrAlY涂層；(3)施加具有硬膜結(jié)構(gòu)的表面涂層，所述的硬膜結(jié)構(gòu)的表面涂層包含SiC、Si3N4和 B0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污和氧化層的步驟，其可以使用現(xiàn)有技術(shù)中公知的前處理工藝，例如使用堿洗、酸洗等，優(yōu)選使用等離子蝕刻方法蝕刻掉表面的氧化層。其中，在步驟( 中可以使用涂刷或者噴涂的方法形成NiCrAlY涂層，然后在保護(hù)氣氛下退火形成中間過(guò)渡層。所述的噴涂方法可以選自火焰噴涂、超音速火焰噴涂、電弧噴涂、爆炸噴涂、冷噴涂等方法；所述的NiCrAlY涂層中，Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75-83. 5wt%, Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8-15wt%，Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2. 5-7. 5wt%和余量的Y。其中所述的保護(hù)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(hù)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(yōu)選其厚度為 5um_20umo其中，在步驟C3)中，硬膜結(jié)構(gòu)的表面涂層通過(guò)噴涂含SiC、Si3N4和B的粉末形成， 其中所述的粉末中，含SiC :35-48wt%,含Si3N4 18-36wt%,余量為B。噴涂時(shí)，其工藝參數(shù)為工作電壓20-40V ；噴涂距離為100-200mm ；空氣壓力為0. 5-0. 9MPa。硬膜結(jié)構(gòu)的厚度為lmm-5mm,優(yōu)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(guò)程發(fā)生高溫氧化現(xiàn)象，另外也加強(qiáng)了基底與涂層之間的粘結(jié)強(qiáng)度，并且防止了內(nèi)部的金屬層經(jīng)過(guò)擴(kuò)散作用，其中的金屬原子擴(kuò)散至表面的硬膜結(jié)構(gòu)涂層中，損害硬膜結(jié)構(gòu)涂層的硬膜結(jié)構(gòu)。通過(guò)本發(fā)明的方法制備的鎳基超耐熱模具，具有NiCrAlY中間層和含有SiC、Si3N4 和B硬膜結(jié)構(gòu)的涂層，由于基底與涂層之間彼此相鄰設(shè)置且原子結(jié)構(gòu)大致相近，因此，相鄰的涂層不會(huì)因?yàn)樵尤毕莸葐?wèn)題，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力并造成涂層之間粘結(jié)性差的問(wèn)題，通過(guò)本發(fā)明的涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，中間層可以增加含有硼的SiC與Si3N4涂層與基底的之間的鎳基超耐熱模具之間的粘結(jié)力。并且，本發(fā)明的硬膜結(jié)構(gòu)中，除了作為硬質(zhì)相的氮化硼之外，還有特定數(shù)量的硼，可以降低表面涂層的內(nèi)部應(yīng)力及其摩擦系數(shù)。因此，采用本申請(qǐng)所述結(jié)構(gòu)的模具，可增加模具的使用壽命及具使用性能。
具體實(shí)施例方式以下將通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出進(jìn)一步的說(shuō)明。申請(qǐng)人需要強(qiáng)調(diào)的是，以下實(shí)施例僅僅是為了詳細(xì)說(shuō)明發(fā)明的內(nèi)容的需要，而不能認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。 本發(fā)明要求保護(hù)的范圍，以權(quán)利要求書(shū)所限定的技術(shù)方案為準(zhǔn)。實(shí)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 :IOwt%和余量的Ni以及不可避免的雜質(zhì)，其中不可避免的雜質(zhì)的總含量低于0. 15wt%。首先使用常規(guī)堿洗的手段去除基底表面的油污，然后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涂刷由Ni、Cr、Al、Y粉末組成的金屬粉末涂料，然后在真空氣氛下，于600度退火 Ih形成NiCrAlY涂層；所述的NiCrAlY涂層中，Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為78. 5wt%，Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10Wt%，Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6. 2wt%和余量的Y。中間層的厚度為10um。步驟3硬膜結(jié)構(gòu)的表面涂層通過(guò)噴涂含碳化硅、氮化硅以及硼的粉末形成，其中所述的粉末中，含SiC :35wt%，含Si3N4 :36wt%，余量為B。噴涂時(shí)，其工藝參數(shù)為工作電壓:30V ； 噴涂距離為150mm ；空氣壓力為0. 8MPa。硬膜結(jié)構(gòu)的厚度為2mm。實(shí)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.余量的Ni以及不
可避免的雜質(zhì)，其中不可避免的雜質(zhì)的總含量低于0. 15wt%。首先使用常規(guī)堿洗的手段去除基底表面的油污，然后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噴涂由Ni、Cr、Al、Y粉末組成的金屬粉末形成噴涂層，然后在真空氣氛下，于500 度退火Ih形成NiCrAlY涂層；所述的NiCrAlY涂層中，Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為82. 5wt%, Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12wt%，Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5. 5wt%和余量的Y。中間層的厚度為10um。步驟3硬膜結(jié)構(gòu)的表面涂層通過(guò)噴涂含SiC、Si3N4以及硼的粉末形成，其中所述的粉末中，含SiC:45wt%，含Si3N4:35wt%，余量為B。噴涂時(shí)，其工藝參數(shù)為工作電壓30V ；噴涂距離為180mm ；空氣壓力為0. 7MPa。硬膜結(jié)構(gòu)的厚度為3mm。實(shí)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余量的Ni以及不可避免的雜質(zhì)，其中不可避免的雜質(zhì)的總含量低于0. 15wt%。首先使用常規(guī)堿洗的手段去除基底表面的油污，然后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電弧噴涂由Ni、Cr、Al、Y粉末組成的金屬粉末涂料，然后在惰性氣體氣氛下，于 500度退火Ih形成NiCrAlY涂層；所述的NiCrAlY涂層中，Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為83. 5wt%,Cr 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12wt%，Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3. 2wt%和余量的Y。中間層的厚度為20um。步驟3硬膜結(jié)構(gòu)的表面涂層通過(guò)噴涂含SiC、Si3N4以及硼的粉末形成，其中所述的粉末中，含SiC:48wt%，含Si3N4:32wt%，余量為B。噴涂時(shí)，其工藝參數(shù)為工作電壓30V ；噴涂距離為180mm ；空氣壓力為0. 7MPa。硬膜結(jié)構(gòu)的厚度為5mm。在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容做出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。實(shí)施例4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%、Ti :6wt%,B :2wt%,Mo余量的Ni以及不可避免的雜質(zhì)，其中不可避免的雜質(zhì)的總含量低于0. 15wt%。首先使用常規(guī)堿洗的手段去除基底表面的油污，然后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電弧噴涂由Ni、Cr、Al、Y粉末組成的金屬粉末涂料，然后在惰性氣體氣氛下，于500度退火Ih形成NiCrAlY涂層；所述的NiCrAlY涂層中，Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80. 5wt%,Cr 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10wt%，Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6. 2wt%和余量的Y。中間層的厚度為20um。步驟3硬膜結(jié)構(gòu)的表面涂層通過(guò)噴涂含SiC、Si3N4以及硼的粉末形成，其中所述的粉末中，含SiC:43wt%，含Si3N4:36wt%，余量為B。噴涂時(shí)，其工藝參數(shù)為工作電壓35V ；噴涂距離為175mm ；空氣壓力為0. 8MPa。硬膜結(jié)構(gòu)的厚度為5mm。在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容做出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有硬膜結(jié)構(gòu)的鎳基超耐熱模具的制備方法，其包括以下步驟(1)提供一種鎳基超耐熱模具作為基底，對(duì)基底待處理的表面進(jìn)行前處理；(2)施加一層中間過(guò)渡層，所述的中間層為NiCrAlY涂層；(3)施加具有硬膜結(jié)構(gòu)的表面涂層，所述的硬膜結(jié)構(gòu)的涂層包含SiC、Si3N4和B。
2.權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的MCrAlY涂層中，M的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 75-83. 5wt%,Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8_15wt%，Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2. 5-7. 5襯％和余量的Y。
3.權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于所述的前處理步驟包括去除基底表面的油污和去除氧化層的步驟。
4.權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于使用涂刷或者噴涂的方法形成 NiCrAlY涂層，然后在保護(hù)氣氛下退火。
5.權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述的噴涂方法選自火焰噴涂、超音速火焰噴涂、電弧噴涂、爆炸噴涂、冷噴涂中的任意一種。
6.權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述的保護(hù)氣氛指真空、惰性氣體或者還原氣氛，相應(yīng)的保護(hù)性氣體選自由N2、Ar、H2或者它們的任意組合所組成的組中。
7.權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于硬膜結(jié)構(gòu)的涂層通過(guò)噴涂含SiC、Si3N4 和B的粉末形成。
8.權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于所述的噴涂為電弧噴涂。
9.權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于其中所述的粉末中，含SiC:35-48wt%，含 Si3N4 :18-36wt%，余量為 B。
10.權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于電弧噴涂的工藝參數(shù)為工作電壓 20-40V ；噴涂距離為100-200mm ；空氣壓力為0. 5-0. 9MPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有硬膜結(jié)構(gòu)的鎳基超耐熱模具的制備方法，其包括以下步驟提供一種鎳基超耐熱模具作為基底，對(duì)基底待處理的表面進(jìn)行前處理；施加一層中間過(guò)渡層，所述的中間層為NiCrAlY涂層；施加具有硬膜結(jié)構(gòu)的表面涂層，所述的硬膜結(jié)構(gòu)的表面涂層包含SiC、Si3N4和B。采用本申請(qǐng)所述結(jié)構(gòu)的模具，可增加模具的使用壽命及其使用性能。
文檔編號(hào)B21D37/10GK102343394SQ20111015832
公開(kāi)日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者鄭霞 申請(qǐng)人:昆山市瑞捷精密模具有限公司