CN101143786A - 冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种应用于模具行业冷冲压模具及其配件所需高性能结构陶瓷材料的制备方法，高性能陶瓷模具及其配件材料由氧化锆、氧化钇粉中加铝、镨元素构成，制备工艺是将氧化锆溶液、氧化钇溶液、氧化镨溶液、氧化铝溶液按一定比例混合配成母液，滴入碳酸氢铵，采用共沉淀方法合成模具及其配件陶瓷材料所需的原材料，反应生成的沉淀经滤水、干燥，煅烧得到高性能陶瓷模具及其配件材料超微粉，再经过成型、烧结、精加工，便得到高性能陶瓷模具及其配件材料。本发明的优点是本发明制成的冷冲压模具及其配件使用寿命长，在冲压过程中未出现模具及其配件与冲压件产生粘结现象，冲压件表面光滑、无毛刺，完全可以替代传统高速钢、钨钢材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种冷冲压模具及其配件材料的制备方法，特别涉及适用于薄板金属材料的一种高速冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料的制备方法。
背景技术
制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、高分子材料，目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳、高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金。
高速冷冲压模具及其零件目前以高速钢、硬质合金材料为主，其中硬质合金和高速钢含有国家稀有战略金属，是一种不可再生资源；对于铜片类冲裁模具，高速钢一次刃磨寿命为150-200万次，硬质合金一次刃磨寿命为300-500万次；对于不锈钢类冲裁模具，高速钢一次刃磨寿命为80-150万次；硬质合金一次刃磨寿命为150-300万次。高速钢、硬质合金材料构成高速冷冲压模具零件在冲压高韧性材料过程中易产生粘附磨损现象，即冲压件与模具之间在高速摩擦过程中产生局部高温而相互粘结，使冲压件表面或周边出现毛刺，又称冲件披锋，这难题没有有效的方法加以解决。
发明内容
本发明提供了一种使用寿命长、冲压件表面光滑、无毛刺的冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料的制备方法。
为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料，包括氧化锆粉、氧化钇粉，氧化钇粉在氧化锆粉中所占的摩尔百分比为1～8％，氧化锆粉中含有其重量0～2％铝元素的氧化物和0～10％镨元素的氧化物，粒度D50＝0.02um～1.5um，并且均匀分布。
一种冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料的制备方法的工艺步骤如下：
1)锆英砂用浓盐酸溶解、提纯，用去离子水稀释成为浓度为0.2～1.5mol氧氯化锆的溶液；将Y2O3在无水硝酸中溶解成为硝酸钇溶液，用去离子水稀释成为浓度为0.2～1.5mol的溶液；
2)将含有镨元素化合物在无水硝酸中溶解成为硝酸镨溶液，用去离子水稀释成为浓度为0.1～1mol的溶液；
3)将硝酸钇溶液与氧氯化锆溶液，按1～8mol％的比例混合及重量占0～10％硝酸镨溶液，配制氧化锆粉母液，采用化学共沉淀方法，将母液与0.1～10mol的碳酸氢铵溶液及按占粉体重量0～1.5％氧化铝的AlCl3溶液同时滴定反应容器中，同时不断搅拌，生成均匀的锆、钇、铝和镨的氢氧化物沉淀，过滤；
4)将过滤后的粉末放入窑炉中，在500℃～1100℃下锻烧1～5小时，再经过球磨、振动磨、气流粉碎，便获得制备冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料所需的超细粉；
5)按冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料单位重量计算氧化锆超细粉体重量填加到金属模具中，采用机械压机压制成型，压制成柱状素坯，成型压力在10～200Mpa；
6)将压机成型后的素坯，放置在橡胶制品软模中，密封好，放置在冷等静压机内进行冷等静压，冷等静压的压力控制在50～400Mpa，使素坯所受压力进一步均匀，致密化；
7)将冷等静压后的素坯，装入坩埚中；
冷等静压后的素坯装入坩埚的装填方式为采用埋粉方式装填，采用的埋粉为电容刚玉粉、氧化锆粉或二者的混合物；或者冷等静压后的素坯装入坩埚的装填方式为将素坯一端在钻床上打孔，在孔中穿入氧化铝或氧化锆高温纤维绳，在坩埚顶端横向放置氧化铝棒，将素坯用氧化铝或氧化锆纤维绳悬于氧化铝棒上。
8)将装入坩埚中的素坯，放置在高温窑炉中进行高温烧结，烧结温度在1200～1650℃，保温时间在0～10小时，烧结时间在0～60小时；
9)对出炉冷却后的冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料毛坯进行精加工，分别采用40～6000目的Al2O3、SiC、Cr2O3、金刚石任一种或者混合的陶瓷基、树脂基、金属基结合剂的砂轮进行粗磨、细磨、抛光以及端面精加工，得到了高速冷冲压模具及其配件所需的高性能结构陶瓷材料。
本发明的优越功效在于：
1)本发明制成的冷冲压模具及其配件使用寿命，对于铜片、不锈钢薄片、铝片类冲裁模具，其一次刃磨寿命至少为100万次以上；
2)本发明制备的高性能结构陶瓷材料可替代高速钢和钨钢材料，大大减少了稀有战略金属的消耗，特别是替代连续冲压厚度小于1.5mm的传统高速钢、钨钢材料的理想材料；
3)本发明制成的冷冲压模具及其配件，由于是金属材料和无机非金属材料之间相互作用，在冲压过程中可以有效的避免粘结，解决了冲压产品表面毛刺现象，大大提高了成品率和模具的生产效率。
具体实施方式
实施例1：将氧化钇按与氧化锆的摩尔比为2.5％mol的量加入到由锆英砂经过溶解、提纯制成氯氧化锆溶液中，同时加入氧化锆质量5％的硝酸镨溶液，配制出氧化锆母液，氧化锆母液与3M的氨水同时滴定，搅拌，共沉淀后获得的锆、钇和镨的氢氧化物沉淀；沉淀静置过滤，用去离子水反复冲洗，直至可以基本完全去除氯离子；将去除了氯离子的沉淀物装入坩埚，放入锻烧炉内，快速升温到650℃，保温2小时，再经气流粉碎、造粒，即可获得粒度均匀，烧结后呈现黄色氧化锆陶瓷超微粉，作为冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料原材料备用；按冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料重量计算单位配件加粉量，将氧化锆超细粉体计算的重量填加到金属模具中，采用机械压机压制成型，压制成柱状冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料素坯，成型压力在150Mpa；将在压机成型后的素坯，放置在橡胶制品软模中，密封好，放置在冷等静压机内进行冷等静压，冷等静压的压力控制在350Mpa；将冷等静压后的素坯，装入坩埚中，装填方式采用埋粉方式装填，采用的埋粉为电容刚玉粉；将装入坩埚中的素坯，放置在高温窑炉中进行高温烧结，烧结温度在1620℃，保温时间在8小时，烧结时间在24小时；将出炉冷却后的冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料毛坯在机床上进行精加工，分别采用40、200、1000目的金刚石树脂基结合剂的砂轮进行粗磨、细磨、抛光以及端面加工；得到色泽为黄色的冷冲压模具及其配件所需的高性能结构陶瓷材料
经测试，由上述材料制成冷冲压模具及其配件应用于连续冲压0.3mm铜片，一次刃磨使用寿命达到100万次，在冲压过程中未出现模具及其配件与冲压件—铜片产生粘结现象，冲压件表面光滑、无毛刺，完全可以替代传统高速钢、钨钢材料。
实施例2：将氧化钇按与氧化锆的摩尔比为4％mol的量加入到由锆英砂经过溶解、提纯制成氯氧化锆溶液中，同时加入氧化锆占质量1％的氯化铝溶液，配制出氧化锆母液，氧化锆母液与3M的氨水同时滴定，搅拌，共沉淀后获得的锆、钇和铝的氢氧化物沉淀；沉淀静置过滤，用去离子水反复冲洗，直至可以基本完全去除氯离子；将去除了氯离子的沉淀物装入坩埚，放入煅烧炉内，快速升温到900℃，保温1.5小时，再经气流粉碎、造粒，即可获得粒度均匀，烧结后呈现白色氧化锆陶瓷超微粉，作为冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料原材料备用；按冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料重量计算加粉量，将氧化锆超细粉体计算的重量填加到金属模具中，采用机械压机压制成型，压制成柱状冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料素坯，成型压力在150Mpa；将在压机成型后的素坯放置在橡胶制品软模中，密封好，放置在冷等静压机内进行冷等静压，冷等静压的压力控制在350Mpa；将冷等静压后的素坯，装入坩埚中，装填方式采用埋粉方式装填，所采用的埋粉为电容刚玉粉；将装入坩埚中的素坯放置在高温窑炉中进行高温烧结，烧结温度在1600℃，保温时间在10小时，烧结时间在30小时；将出炉冷却后的冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料毛坯在机床上进行精加工，分别采用80、400、1500目的金刚石树脂基结合剂的砂轮进行粗磨、细磨、抛光以及端面加工；得到色泽为白色的冷冲压模具及其配件所需的高性能结构陶瓷材料。
经测试由上述材料制成冷冲压模具及其配件应用于连续冲压0.2mm铝片，一次刃磨使用寿命达到150万次，在冲压过程中未出现模具及其配件与冲压件—铜片产生粘结现象，冲压件表面光滑、无毛刺，完全可以替代传统高速钢、钨钢材料。
Claims (5)
1.一种冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料，包括氧化锆粉、氧化钇粉，氧化钇粉在氧化锆粉中所占的摩尔百分比为1～8％，其特征在于：
氧化锆粉中含有其重量0～2％铝元素的氧化物和0～10％镨元素的氧化物。
2.按权利要求1所述的一种冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料，其特征在于：
陶瓷粉体的粒度D50＝0.02um～1.5um，并且均匀分布。
3.如权利要求1所述的一种冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料的制备方法，其特征在于：
该制备方法的工艺步骤如下：
1)锆英砂用浓盐酸溶解、提纯，用去离子水稀释成为浓度为0.2～1.5mol氧氯化锆的溶液；将Y2O3在无水硝酸中溶解成为硝酸钇溶液，用去离子水稀释成为浓度为0.2～1.5mol的溶液；
2)将含有镨元素化合物在无水硝酸中溶解成为硝酸镨溶液，用去离子水稀释成为浓度为0.1～1mol的溶液；
3)将硝酸钇溶液与氧氯化锆溶液，按1～8mol％的比例混合及重量占0～10％硝酸镨溶液，配制氧化锆粉母液，采用化学共沉淀方法，将母液与0.1～10mol的碳酸氢铵溶液及按占粉体重量0～1.5％氧化铝的AlCl3溶液同时滴定反应容器中，同时不断搅拌，生成均匀的锆、钇、铝和镨的氢氧化物沉淀，过滤；
4)将过滤后的粉末放入窑炉中，在500℃～1100℃下锻烧1～5小时，再经过球磨、振动磨、气流粉碎，便获得制备冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料所需的超细粉；
5)按冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料单位重量计算氧化锆超细粉体重量填加到金属模具中，采用机械压机压制成型，压制成柱状素坯，成型压力在10～200Mpa；
6)将压机成型后的素坯，放置在橡胶制品软模中，密封好，放置在冷等静压机内进行冷等静压，冷等静压的压力控制在50～400Mpa，使素坯所受压力进一步均匀，致密化；
7)将冷等静压后的素坯，装入坩埚中；
8)将装入坩埚中的素坯，放置在高温窑炉中进行高温烧结，烧结温度在1200～1650℃，保温时间在0～10小时，烧结时间在0～60小时；
9)对出炉冷却后的冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料毛坯进行精加工，分别采用40～6000目的Al2O3、SiC、Cr2O3、金刚石任一种或者混合的陶瓷基、树脂基、金属基结合剂的砂轮进行粗磨、细磨、抛光以及端面精加工。
4.按权利要求3所述的一种冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料，其特征在于：
冷等静压后的素坯装入坩埚的装填方式为采用埋粉方式装填，采用的埋粉为电容刚玉粉、氧化锆粉或二者的混合物。
5.按权利要求3所述的一种冷冲压模具及其配件的高性能结构陶瓷材料，其特征在于：
冷等静压后的素坯装入坩埚的装填方式为将素坯一端在钻床上打孔，在孔中穿入氧化铝或氧化锆高温纤维绳，在坩埚顶端横向放置氧化铝棒，将素坯用氧化铝或氧化锆纤维绳悬于氧化铝棒上。
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|---|---|---|---|---|
| CN102233384A (zh) * | 2010-05-07 | 2011-11-09 | 陈中红 | 陶瓷压盖模及其制造方法 |
| CN105499404A (zh) * | 2016-02-20 | 2016-04-20 | 杨鑫 | 一种模具冲头 |
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2007
- 2007-08-31 CN CNA2007100455007A patent/CN101143786A/zh active Pending
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