CN106337160A - 模具表面超硬化处理工艺 - Google Patents

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刘淑杰
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Abstract

本发明涉及一种模具表面超硬化处理工艺，属于金属材料表面处理领域。本发明提供了一种利用等离子喷涂法在铁基合金上喷涂WC复合涂层的工艺，本发明所述方法首先制备复合涂层涂料，使其预先形成分散度好、颗粒粒径均匀且强度高、耐磨性强的粉体原料；然后利用等离子喷涂法将所获得球形原料喷涂于模具表面，获得具有表面硬度高的模具。

Description

模具表面超硬化处理工艺
技术领域
本发明涉及一种模具表面超硬化处理工艺，属于金属材料表面处理领域。
背景技术
表面硬化法是指通过适当的方法使零件的表层硬化而零件的心部仍然具有强韧性的处理。常用的表面硬化处理方法主要有渗碳、氮化、硬质阳极氧化、镀层、表面淬火、渗金属等。
通过在零件表面镀一层具有较高硬度的金属或无机物，可以达到提高表面硬度的方法，如镀铬。镀铬层具有很高的硬度，根据镀液成分和工艺条件不同，其硬度可在很大范围400～1200HV内变化。镀铬层有较好的耐热性和很好的耐磨性。随着材料学的发展，在涂层中增加硬质陶瓷相以进一步提高合金零件表面的硬度越来越受到关注，其中，最为常见的涂层材料为WC。
WC粉体本身的性质，如粒度，分散性等均决定了镀层的性能。而目前国内所用WC粉体多依赖于进口，成本较高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种模具表面超硬化处理工艺，具体为一种利用等离子喷涂法在铁基合金上喷涂WC复合涂层的工艺。
模具表面超硬化处理工艺，所述工艺为利用等离子喷涂法在铁基合金上喷涂WC复合涂层的工艺，所述方法工艺步骤如下：
(1)涂层材料制备：将WC粉体、ZrO2粉体、Y2O3粉体、MgO粉体按质量比为1:0.25～0.5:0.005～0.5:0.05～1的比例混合，将混合后的粉料置于球磨机中，于300～360r/min的速度球磨至少2h，球磨介质为无水乙醇；将球磨后的粉料置于感应等离子体粉末装置中进行球化处理，具体条件为：功率20～50kW，喷粉速率为200～400g/min，载气氩气的流速为50～80L/min，获得球形复合涂层材料；
(2)喷涂处理：将步骤(1)所得球形复合涂层材料与纳米Co粉体按质量比为1:0.1～0.2进行混合，并于等离子喷涂装置中进行模具表面喷涂，喷涂条件为：工作电压30～80V，工作电流600～800A，氩气流速20～50L/min，氢气流速5～20L/min。
本发明所述感应等离子体粉末装置和等离子喷涂装置均可商业购得。
进一步地，所述步骤(1)所得球形复合涂层材料为球形颗粒，平均粒径为35～60微米。
进一步地，所述步骤(1)中所述WC粉体、ZrO2粉体、Y2O3粉体、MgO粉体的总重量与无水乙醇的比为1g：0.2～5mL。
本发明一个优选的技术方案为：
模具表面超硬化处理工艺，所述工艺为利用等离子喷涂法在铁基合金上喷涂WC复合涂层的工艺，所述方法工艺步骤如下：
(1)涂层材料制备：将WC粉体、ZrO2粉体、Y2O3粉体、MgO粉体按质量比为1:0.25～0.5:0.005～0.5:0.05～1的比例混合，将混合后的粉料置于球磨机中，于300～360r/min的速度球磨至少2h，球磨介质为无水乙醇；将球磨后的粉料置于感应等离子体粉末装置中进行球化处理，具体条件为：功率40kW，喷粉速率为265g/min，载气氩气的流速为55L/min，获得球形复合涂层材料；
(2)喷涂处理：将步骤(1)所得球形复合涂层材料与纳米Co粉体按质量比为1:0.16进行混合，并于等离子喷涂装置中进行模具表面喷涂，喷涂条件为：工作电压50V，工作电流670A，氩气流速28L/min，氢气流速7L/min。
本发明另一个优选的技术方案为：
模具表面超硬化处理工艺，所述工艺为利用等离子喷涂法在铁基合金上喷涂WC复合涂层的工艺，所述方法工艺步骤如下：
(1)涂层材料制备：将WC粉体、ZrO2粉体、Y2O3粉体、MgO粉体按质量比为1:0.25～0.5:0.005～0.5:0.05～1的比例混合，将混合后的粉料置于球磨机中，于300～360r/min的速度球磨至少2h，球磨介质为无水乙醇；将球磨后的粉料置于感应等离子体粉末装置中进行球化处理，具体条件为：功率50kW，喷粉速率为400g/min，载气氩气的流速为75L/min，获得球形复合涂层材料；
(2)喷涂处理：将步骤(1)所得球形复合涂层材料与纳米Co粉体按质量比为1:0.2进行混合，并于等离子喷涂装置中进行模具表面喷涂，喷涂条件为：工作电压45V，工作电流600A，氩气流速30L/min，氢气流速9.5L/min。
本发明的有益效果为：本发明提供了一种利用等离子喷涂法在铁基合金上喷涂WC复合涂层的工艺，本发明所述方法首先制备复合涂层涂料，使其预先形成分散度好、颗粒粒径均匀且强度高、耐磨性强的粉体原料；然后利用等离子喷涂法将所获得球形原料喷涂于模具表面，获得具有表面硬度高的模具。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
一种模具表面超硬化处理工艺，所述工艺为利用等离子喷涂法在铁基合金上喷涂WC复合涂层的工艺，所述方法工艺步骤如下：
(1)涂层材料制备：将WC粉体、ZrO2粉体、Y2O3粉体、MgO粉体按质量比为1:0.25～0.5:0.005～0.5:0.05～1的比例混合，将混合后的粉料置于球磨机中，于300～360r/min的速度球磨2h，球磨介质为无水乙醇；将球磨后的粉料置于感应等离子体粉末装置中进行球化处理，具体条件为：功率40kW，喷粉速率为265g/min，载气氩气的流速为55L/min，获得球形复合涂层材料，所得球形复合涂层材料为球形颗粒，平均粒径为35～60微米；所述WC粉体、ZrO2粉体、Y2O3粉体、MgO粉体的总重量与无水乙醇的比为1g：0.5mL。
(2)喷涂处理：将步骤(1)所得球形复合涂层材料与纳米Co粉体按质量比为1:0.16进行混合，并于等离子喷涂装置中进行不锈钢模具表面喷涂，喷涂条件为：工作电压50V，工作电流670A，氩气流速28L/min，氢气流速7L/min。
所得模具表面的硬度提高了67％。
实施例2
一种模具表面超硬化处理工艺，所述工艺为利用等离子喷涂法在铁基合金上喷涂WC复合涂层的工艺，所述方法工艺步骤如下：
(1)涂层材料制备：将WC粉体、ZrO2粉体、Y2O3粉体、MgO粉体按质量比为1:0.25～0.5:0.005～0.5:0.05～1的比例混合，将混合后的粉料置于球磨机中，于300～360r/min的速度球磨2h，球磨介质为无水乙醇；将球磨后的粉料置于感应等离子体粉末装置中进行球化处理，具体条件为：功率50kW，喷粉速率为400g/min，载气氩气的流速为75L/min，获得球形复合涂层材料；所得球形复合涂层材料为球形颗粒，平均粒径为35～60微米；所述WC粉体、ZrO2粉体、Y2O3粉体、MgO粉体的总重量与无水乙醇的比为1g：0.8mL。
(2)喷涂处理：将步骤(1)所得球形复合涂层材料与纳米Co粉体按质量比为1:0.2进行混合，并于等离子喷涂装置中进行模具表面喷涂，喷涂条件为：工作电压45V，工作电流600A，氩气流速30L/min，氢气流速9.5L/min。
所得模具表面的硬度提高了72％。

Claims (5)

1.模具表面超硬化处理工艺，其特征在于：所述工艺为利用等离子喷涂法在铁基合金上喷涂WC复合涂层的工艺，所述方法工艺步骤如下：
(1)涂层材料制备：将WC粉体、ZrO2粉体、Y2O3粉体、MgO粉体按质量比为1:0.25～0.5:0.005～0.5:0.05～1的比例混合，将混合后的粉料置于球磨机中，于300～360r/min的速度球磨至少2h，球磨介质为无水乙醇；将球磨后的粉料置于感应等离子体粉末装置中进行球化处理，具体条件为：功率20～50kW，喷粉速率为200～400g/min，载气氩气的流速为50～80L/min，获得球形复合涂层材料；
(2)喷涂处理：将步骤(1)所得球形复合涂层材料与纳米Co粉体按质量比为1:0.1～0.2进行混合，并于等离子喷涂装置中进行模具表面喷涂，喷涂条件为：工作电压30～80V，工作电流600～800A，氩气流速20～50L/min，氢气流速5～20L/min。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述步骤(1)所得球形复合涂层材料为球形颗粒，平均粒径为35～60微米。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述步骤(1)中所述WC粉体、ZrO2粉体、Y2O3粉体、MgO粉体的总重量与无水乙醇的比为1g：0.2～5mL。
4.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于：所述方法工艺步骤如下：
(1)涂层材料制备：将WC粉体、ZrO2粉体、Y2O3粉体、MgO粉体按质量比为1:0.25～0.5:0.005～0.5:0.05～1的比例混合，将混合后的粉料置于球磨机中，于300～360r/min的速度球磨至少2h，球磨介质为无水乙醇；将球磨后的粉料置于感应等离子体粉末装置中进行球化处理，具体条件为：功率40kW，喷粉速率为265g/min，载气氩气的流速为55L/min，获得球形复合涂层材料；
(2)喷涂处理：将步骤(1)所得球形复合涂层材料与纳米Co粉体按质量比为1:0.16进行混合，并于等离子喷涂装置中进行模具表面喷涂，喷涂条件为：工作电压50V，工作电流670A，氩气流速28L/min，氢气流速7L/min。
5.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于：所述方法工艺步骤如下：
(1)涂层材料制备：将WC粉体、ZrO2粉体、Y2O3粉体、MgO粉体按质量比为1:0.25～0.5:0.005～0.5:0.05～1的比例混合，将混合后的粉料置于球磨机中，于300～360r/min的速度球磨至少2h，球磨介质为无水乙醇；将球磨后的粉料置于感应等离子体粉末装置中进行球化处理，具体条件为：功率50kW，喷粉速率为400g/min，载气氩气的流速为75L/min，获得球形复合涂层材料；
(2)喷涂处理：将步骤(1)所得球形复合涂层材料与纳米Co粉体按质量比为1:0.2进行混合，并于等离子喷涂装置中进行不锈钢模具表面喷涂，喷涂条件为：工作电压45V，工作电流600A，氩气流速30L/min，氢气流速9.5L/min。
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