CN102808145A - 一种具有耐高温涂层的锌合金模具的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了，涉及一种具有耐高温涂层的锌合金模具的制备方法，其包括以下步骤：提供一种锌合金模具作为基底，对基底待处理的表面进行前处理；施加一层中间过渡层，所述的中间层为ZnCrAlY涂层；施加耐高温涂层，所述的耐高温涂层包含SiC、TiC、Fe和Ni。采用本发明所述结构的模具，可增加模具的使用寿命及其使用性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种锌合金模具的制备方法，更具体的说，涉及一种具有耐高温涂层的锌合金模具的制备方法。
背景技术
模具广泛应用于冲压成型加工。对于冲压成型的模具一般需要具有以下性能：
(1)高温环境下，具有很好的钢性、耐机械冲击强度及高的硬度。
(2)在反复以及快速加热冷却的热冲击下，模具不产生裂纹或变形。
(3)高温条件下，模具成型表面与成型金属不发生化学反应。
(4)模具在高温条件下不会发生高温氧化现象。
(5)加工性能好，易加工成高精度以及高表面光洁度的表面。
传统的用于浇注高熔点金属或玻璃等物质的模具大多采用不锈钢或者镍基耐热合金钢作为模具材料，但是这种模具容易发生高温氧化，在反复的热循环作用下，材料的内部晶相结构发生改变，并且表面质量也变差，从而容易导致模具失效。
传统模具用制造模具用锌合金材料主要成分是锌、铝、铜、镁，Zn-Al-Cu-Mg系合金是现有技术中性能最好和实际使用最多的制造模具用锌合金，在Zn-Al-Cu-Mg合金中通过添加某些微量元素可以提高其性能。作为现有的锌合金模具仍存在如下问题：
1、力学性能仍未达到模具制造要求，强度比钢模低得多，且合金的硬度和耐磨性较差，在较大的冲裁力或型腔注射压力和锁模力作用下容易损坏；合金的硬度和耐磨性较差，模具的使用寿命短，只能达到上千件的生产数量；
2、锌合金软化温度低，尺寸不稳定。锌合金熔点低，在200℃以上工作时，强度、硬度降低，在大的冲裁力或高的注射压力作用下，模具型腔容易产生热变形，影响制件的精度，而且磨损量加大。
为了解决上述问题，申请人在锌合金模具表面喷涂了硬质的金属氧化物陶瓷颗粒以及超硬的合金，从而在锌合金表面上在其表面形成耐磨、耐高温腐蚀涂层的复合结构模具。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有耐高温涂层的锌合金模具的制备方法，该方法可以用来可提高锌合金模具的耐磨耐高温性能，将锌合金模具的使用寿命从一千次左右提高到数千次，甚至可达万次以上，显著延长了锌合金模具的使用寿命。
为了实现上述目的，本发明首先提供了一种具有耐高温涂层的锌合金模具的制备方法，其包括以下步骤：
(1)提供一种锌合金模具作为基底，对基底待处理的表面进行前处理；
(2)施加一层中间过渡层，所述的中间层为ZnCrAlY涂层；
(3)施加具有耐高温涂层，所述的耐高温涂层涂层包含SiC、TiC、Fe和Ni。
其中，在步骤(1)中所述的前处理步骤包括去除基底表面的油污和氧化层的步骤，其可以使用现有技术中公知的前处理工艺，例如使用碱洗、酸洗等。
其中，在步骤(2)中可以使用涂刷或者喷涂的方法形成ZnCrAlY涂层，然后在保护气氛下退火形成中间过渡层。所述的喷涂方法可以选自火焰喷涂、超音速火焰喷涂、电弧喷涂、爆炸喷涂、冷喷涂等方法；所述的ZnCrAlY涂层中，Zn的质量分数为：35-45.5wt％，Cr的质量分数为：36-48wt％，Al的质量分数为2.5-8.5wt％和余量的Y。其中所述的保护气氛退火是指真空退火或惰性气体退火或者还原气氛退火，所述的保护性气体可以选自由N2、Ar、H2或者它们的任意组合所组成的组中。中间层的厚度为10um-50um，优选其厚度为10um-20um。
其中，在步骤(3)中，耐高温涂层的表面涂层通过喷涂含SiC、TiC、Fe和Ni的粉末形成，其中所述的粉末中，含SiC：25-36wt％，含TiC：18-32wt％，含Fe：8-18wt％，余量为Ni。喷涂时，其工艺参数为：工作电压：20-35V；喷涂距离为：120-180mm；空气压力为0.4-0.8MPa。耐高温涂层的厚度为3mm-8mm，优选其厚度为3mm-5mm。
使用中间层可以防止基底层在高温浇铸过程发生高温氧化现象，另外也加强了基底与涂层之间的粘结强度，并且防止了内部的金属层经过扩散作用，其中的金属原子扩散至表面的耐高温涂层中。
通过本发明的方法制备的锌合金模具，具有ZnCrAlY中间层和含有SiC、TiC、Fe和Ni耐高温涂层的涂层，由于基底与涂层之间彼此相邻设置且原子结构大致相近，因此，相邻的涂层不会因为原子缺陷等问题，产生内应力并造成涂层之间粘结性差的问题，通过本发明的涂层结构设计，中间层可以增加含有Ni的SiC、TiC、Fe耐高温涂层与基底之间的锌合金模具之间的粘结力。并且，本发明的耐高温涂层中，还有一定数量的铁和镍，可以改善表面涂层的内部应力。因此，采用本申请所述结构的模具，可增加模具的使用寿命及其使用性能。
具体实施方式
以下将通过具体实施例对本发明的技术方案做出进一步的说明。申请人需要强调的是，以下实施例仅仅是为了详细说明发明的内容的需要，而不能认为是对本发明的限制。本发明要求保护的范围，以权利要求书所限定的技术方案为准。
实施例1
步骤1
提供一种锌合金模具作为基底，所述的锌合金模具使用的是一种锌合金，其组成和含量为：Al：8wt％、Cu：2wt％、Mn：2.5wt％，余量为Zn。首先使用常规碱洗的手段去除基底表面的油污，然后使用酸液蚀刻掉基底表面的氧化物，露出新鲜的基底合金层。
步骤2
涂刷由Zn、Cr、Al、Y粉末组成的金属粉末涂料，然后在真空气氛下，于500度退火0.5h形成ZnCrAlY涂层；所述的ZnCrAlY涂层中，Zn的质量分数为：35wt％，Cr的质量分数为：38wt％，Al的质量分数为3.5wt％和余量的Y。中间层的厚度为10um。
步骤3
耐高温涂层的表面涂层通过喷涂含SiC、TiC、Fe和Ni的粉末形成，其中所述的粉末中，含SiC：25wt％，含TiC：18wt％，Fe：18wt％和余量的Ni。喷涂时，其工艺参数为：工作电压：25V；喷涂距离为：150mm；空气压力为0.8MPa。耐高温涂层的厚度为5mm。
实施例2
步骤1
提供一种锌合金模具作为基底，所述的锌合金模具使用的是一种锌合金，其组成和含量为：Al：10wt％、Cu：3.5wt％、Mn：2.8wt％，余量为Zn。首先使用常规碱洗的手段去除基底表面的油污，然后使用酸液蚀刻掉基底表面的氧化物，露出新鲜的基底合金层。
步骤2
涂刷由Zn、Cr、Al、Y粉末组成的金属粉末涂料，然后在真空气氛下，于500度退火0.5h形成ZnCrAlY涂层；所述的ZnCrAlY涂层中，Zn的质量分数为：38wt％，Cr的质量分数为：45wt％，Al的质量分数为8.5wt％和余量的Y。中间层的厚度为15um。
步骤3
耐高温涂层的表面涂层通过喷涂含SiC、TiC、Fe和Ni的粉末形成，其中所述的粉末中，含SiC：28wt％，含TiC：22wt％，Fe：15wt％和余量的Ni。喷涂时，其工艺参数为：工作电压：25V；喷涂距离为：150mm；空气压力为0.8MPa。耐高温涂层的厚度为3mm。
实施例3
步骤1
提供一种锌合金模具作为基底，所述的锌合金模具使用的是一种锌合金，其组成和含量为：Al：13wt％、Cu：3.2wt％、Mn：2.9wt％，余量为Zn。首先使用常规碱洗的手段去除基底表面的油污，然后使用酸液蚀刻掉基底表面的氧化物，露出新鲜的基底合金层。
步骤2
涂刷由Zn、Cr、Al、Y粉末组成的金属粉末涂料，然后在真空气氛下，于550度退火0.5h形成ZnCrAlY涂层；所述的ZnCrAlY涂层中，Zn的质量分数为：39wt％，Cr的质量分数为：46wt％，Al的质量分数为7.5wt％和余量的Y。中间层的厚度为10um。
步骤3
耐高温涂层的表面涂层通过喷涂含SiC、TiC、Fe和Ni的粉末形成，其中所述的粉末中，含SiC：32wt％，含TiC：26wt％，Fe：15wt％和余量的Ni。喷涂时，其工艺参数为：工作电压：25V；喷涂距离为：150mm；空气压力为0.8MPa。耐高温涂层的厚度为5mm。
实施例4
步骤1
提供一种锌合金模具作为基底，所述的锌合金模具使用的是一种锌合金，其组成和含量为：Al：14wt％、Cu：3.5wt％、Mn：2.5wt％，余量为Zn。首先使用常规碱洗的手段去除基底表面的油污，然后使用酸液蚀刻掉基底表面的氧化物，露出新鲜的基底合金层。
步骤2
涂刷由Zn、Cr、Al、Y粉末组成的金属粉末涂料，然后在真空气氛下，于600度退火0.5h形成ZnCrAlY涂层；所述的ZnCrAlY涂层中，Zn的质量分数为：43wt％，Cr的质量分数为：45wt％，Al的质量分数为6.5wt％和余量的Y。中间层的厚度为10um。
步骤3
耐高温涂层的表面涂层通过喷涂含SiC、TiC、Fe和Ni的粉末形成，其中所述的粉末中，含SiC：36wt％，含TiC：28wt％，Fe：12wt％和余量的Ni。喷涂时，其工艺参数为：工作电压：25V；喷涂距离为：120mm；空气压力为0.6MPa。耐高温涂层的厚度为5mm。
在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域的普通技术人员当可根据本发明的发明内容做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有耐高温涂层的锌合金模具的制备方法，其包括以下步骤：
(1)提供一种锌合金模具作为基底，对基底待处理的表面进行前处理；
(2)施加一层中间过渡层，所述的中间层为ZnCrAlY涂层；
(3)施加具有自润滑功能的表面涂层，所述的耐高温涂层的表面涂层包含SiC、TiC、Fe和Ni。
2.权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的ZnCrAlY涂层中，Zn的质量分数为：35-45.5wt％，Cr的质量分数为：36-48wt％，Al的质量分数为2.5-8.5wt％和余量的Y。
3.权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于所述的前处理步骤包括去除基底表面的油污和去除氧化层的步骤。
4.权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于使用涂刷或者喷涂的方法形成ZnCrAlY涂层，然后在保护气氛下退火。
5.权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述的喷涂方法选自火焰喷涂、超音速火焰喷涂、电弧喷涂、爆炸喷涂、冷喷涂中的任意一种。
6.权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述的保护气氛指真空、惰性气体或者还原气氛，相应的保护性气体选自由N2、Ar、H2或者它们的任意组合所组成的组中。
7.权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于耐高温涂层通过喷涂含SiC、TiC、Fe和Ni的粉末形成。
8.权利要求7所述的制备方法，其特征在于所述的喷涂为电弧喷涂。
9.权利要求7所述的制备方法，其特征在于其中所述的粉末中，含SiC：25-36wt％，含TiC：18-32wt％，含Fe：8-18wt％，余量为Ni。
10.权利要求8所述的制备方法，其特征在于电弧喷涂的工艺参数为：工作电压：20-35V；喷涂距离为：120-180mm；空气压力为0.4-0.8MPa。
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