CN107904545A - 一种金属模具表面超硬化处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属模具表面超硬化处理工艺，涉及模具处理技术领域，包括如下步骤：（1）涂层材料制备；（2）喷涂处理；（3）涂后处理；本发明提供了利用等离子喷涂法在金属模具表面上喷涂复合涂层提高金属模具表面硬度的工艺，本发明通过将碳化硅粉体、氧化铝粉体、氧化钇粉体、氧化镁粉体进行合理配比，经过以丙三醇为研磨介质进行研磨，再经过球化处理后，最后与活性纳米氧化锌相混合通过离子喷涂装置喷涂到金属模具表面，粒子与金属模具表面之间通过过过硫酸钾的作用，能够有效的结合到一起，形成稳定致密的耐磨层，从而能够获得具有表面硬度更高的金属模具。
Description
技术领域
本发明属于模具处理技术领域，具体涉及一种金属模具表面超硬化处理工艺。
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。
金属模具在进行工作时，需要与工件相接触，伴随着不同程度的摩擦磨损，长时间工作后，很容易出现大量的磨损，降低模具表面的精度，进而会使得加工的工件的精度大幅度的下降，可见模具表面硬度与耐磨性需求明显较高。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种金属模具表面超硬化处理工艺。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种金属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金属模具表面上喷涂复合涂层的工艺，工艺步骤如下：
(1)涂层材料制备：将碳化硅粉体、氧化铝粉体、氧化钇粉体、氧化镁粉体按质量比为2:1.2:0.01-0.03:0.85的质量比例均匀混合到一起，得到混合粉料，然后将混合粉料置于球磨机中，再添加混合粉料质量50%的丙三醇，在550-600r/min的速度球磨1.5h，然后再将球磨后的混合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80kW，喷粉速率为150g/min，载气氮气的流速为40L/min，得到粉末涂料基料；
(2)喷涂处理：将步骤(1)所得粉末涂料基料与活化纳米氧化锌按质量比为1:0.25的比例进行混合，然后添加粉末涂料基料质量0.01%的过硫酸钾，混合均匀后置于等离子喷涂装置中对金属模具表面进行喷涂处理，喷涂条件为：工作电压55V，工作电流550A，氦气流速35L/min，氢气流速12L/min；
（3）涂后处理：将喷涂后的金属模具在350-400℃下保温2小时，然后随炉冷却至室温，即可。
进一步的，所述步骤(1)中球化处理后的粉末涂料基料，平均粒径为22μm，最大粒径为30μm，最小粒径为15μm。
进一步的，所述步骤（1）中丙三醇含水率不超过5%。
进一步的，步骤（2）中活化纳米氧化锌制备方法为：将纳米氧化锌均匀分散到去离子水中，配制成质量浓度为8%的纳米氧化锌悬浮液，向纳米氧化锌悬浮液中添加其质量1%的氢氧化钠，搅拌均匀后，加热至45℃，保温30min，然后向纳米氧化锌悬浮液中添加其质量5%的异丙醇，搅拌15min，然后再添加纳米氧化锌悬浮液质量0.1%的过硫酸钾，在65℃下，以200r/min转速搅拌2小时，然后过滤，采用去离子水对纳米氧化锌表面洗涤至中性，然后在真空下烘干至恒重，即可，所述烘干温度为100℃。
进一步的，所述步骤（3）中十二烷基苯磺酸钠溶液中浸泡温度为60℃。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明提供了利用等离子喷涂法在金属模具表面上喷涂复合涂层提高金属模具表面硬度的工艺，本发明通过将碳化硅粉体、氧化铝粉体、氧化钇粉体、氧化镁粉体进行合理配比，经过以丙三醇为研磨介质进行研磨，再经过球化处理后，最后与活性纳米氧化锌相混合通过离子喷涂装置喷涂到金属模具表面，粒子与金属模具表面之间通过过过硫酸钾的作用，能够有效的结合到一起，形成稳定致密的耐磨层，从而能够获得具有表面硬度更高的金属模具。
具体实施方式
实施例1
一种金属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金属模具表面上喷涂复合涂层的工艺，工艺步骤如下：
(1)涂层材料制备：将碳化硅粉体、氧化铝粉体、氧化钇粉体、氧化镁粉体按质量比为2:1.2:0.01:0.85的质量比例均匀混合到一起，得到混合粉料，然后将混合粉料置于球磨机中，再添加混合粉料质量50%的丙三醇，在550r/min的速度球磨1.5h，然后再将球磨后的混合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80kW，喷粉速率为150g/min，载气氮气的流速为40L/min，得到粉末涂料基料；
(2)喷涂处理：将步骤(1)所得粉末涂料基料与活化纳米氧化锌按质量比为1:0.25的比例进行混合，然后添加粉末涂料基料质量0.01%的过硫酸钾，混合均匀后置于等离子喷涂装置中对金属模具表面进行喷涂处理，喷涂条件为：工作电压55V，工作电流550A，氦气流速35L/min，氢气流速12L/min；
（3）涂后处理：将喷涂后的金属模具在350℃下保温2小时，然后随炉冷却至室温，即可。
进一步的，所述步骤(1)中球化处理后的粉末涂料基料，平均粒径为22μm，最大粒径为30μm，最小粒径为15μm。
进一步的，所述步骤（1）中丙三醇含水率不超过5%。
进一步的，步骤（2）中活化纳米氧化锌制备方法为：将纳米氧化锌均匀分散到去离子水中，配制成质量浓度为8%的纳米氧化锌悬浮液，向纳米氧化锌悬浮液中添加其质量1%的氢氧化钠，搅拌均匀后，加热至45℃，保温30min，然后向纳米氧化锌悬浮液中添加其质量5%的异丙醇，搅拌15min，然后再添加纳米氧化锌悬浮液质量0.1%的过硫酸钾，在65℃下，以200r/min转速搅拌2小时，然后过滤，采用去离子水对纳米氧化锌表面洗涤至中性，然后在真空下烘干至恒重，即可，所述烘干温度为100℃。
实施例2
一种金属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金属模具表面上喷涂复合涂层的工艺，工艺步骤如下：
(1)涂层材料制备：将碳化硅粉体、氧化铝粉体、氧化钇粉体、氧化镁粉体按质量比为2:1.2:0.03:0.85的质量比例均匀混合到一起，得到混合粉料，然后将混合粉料置于球磨机中，再添加混合粉料质量50%的丙三醇，在600r/min的速度球磨1.5h，然后再将球磨后的混合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80kW，喷粉速率为150g/min，载气氮气的流速为40L/min，得到粉末涂料基料；
(2)喷涂处理：将步骤(1)所得粉末涂料基料与活化纳米氧化锌按质量比为1:0.25的比例进行混合，然后添加粉末涂料基料质量0.01%的过硫酸钾，混合均匀后置于等离子喷涂装置中对金属模具表面进行喷涂处理，喷涂条件为：工作电压55V，工作电流550A，氦气流速35L/min，氢气流速12L/min；
（3）涂后处理：将喷涂后的金属模具在400℃下保温2小时，然后随炉冷却至室温，即可。
进一步的，所述步骤(1)中球化处理后的粉末涂料基料，平均粒径为22μm，最大粒径为30μm，最小粒径为15μm。
进一步的，所述步骤（1）中丙三醇含水率不超过5%。
进一步的，步骤（2）中活化纳米氧化锌制备方法为：将纳米氧化锌均匀分散到去离子水中，配制成质量浓度为8%的纳米氧化锌悬浮液，向纳米氧化锌悬浮液中添加其质量1%的氢氧化钠，搅拌均匀后，加热至45℃，保温30min，然后向纳米氧化锌悬浮液中添加其质量5%的异丙醇，搅拌15min，然后再添加纳米氧化锌悬浮液质量0.1%的过硫酸钾，在65℃下，以200r/min转速搅拌2小时，然后过滤，采用去离子水对纳米氧化锌表面洗涤至中性，然后在真空下烘干至恒重，即可，所述烘干温度为100℃。
实施例3
一种金属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金属模具表面上喷涂复合涂层的工艺，工艺步骤如下：
(1)涂层材料制备：将碳化硅粉体、氧化铝粉体、氧化钇粉体、氧化镁粉体按质量比为2:1.2:0.02:0.85的质量比例均匀混合到一起，得到混合粉料，然后将混合粉料置于球磨机中，再添加混合粉料质量50%的丙三醇，在580r/min的速度球磨1.5h，然后再将球磨后的混合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80kW，喷粉速率为150g/min，载气氮气的流速为40L/min，得到粉末涂料基料；
(2)喷涂处理：将步骤(1)所得粉末涂料基料与活化纳米氧化锌按质量比为1:0.25的比例进行混合，然后添加粉末涂料基料质量0.01%的过硫酸钾，混合均匀后置于等离子喷涂装置中对金属模具表面进行喷涂处理，喷涂条件为：工作电压55V，工作电流550A，氦气流速35L/min，氢气流速12L/min；
（3）涂后处理：将喷涂后的金属模具在360℃下保温2小时，然后随炉冷却至室温，即可。
进一步的，所述步骤(1)中球化处理后的粉末涂料基料，平均粒径为22μm，最大粒径为30μm，最小粒径为15μm。
进一步的，所述步骤（1）中丙三醇含水率不超过5%。
进一步的，步骤（2）中活化纳米氧化锌制备方法为：将纳米氧化锌均匀分散到去离子水中，配制成质量浓度为8%的纳米氧化锌悬浮液，向纳米氧化锌悬浮液中添加其质量1%的氢氧化钠，搅拌均匀后，加热至45℃，保温30min，然后向纳米氧化锌悬浮液中添加其质量5%的异丙醇，搅拌15min，然后再添加纳米氧化锌悬浮液质量0.1%的过硫酸钾，在65℃下，以200r/min转速搅拌2小时，然后过滤，采用去离子水对纳米氧化锌表面洗涤至中性，然后在真空下烘干至恒重，即可，所述烘干温度为100℃。
对比例1：与实施例1区别仅在于步骤（1）中不添加氧化钇粉体。
对比例2：与实施例1区别仅在于步骤（2）中不添加活化纳米氧化锌。
对比例3：与实施例1区别仅在于不经过步骤（3）处理。
对经过本发明处理后的304不锈钢模具进行硬度性能测试：
表1
| 表面硬度HV | |
| 实施例1 | 1250 |
| 实施例2 | 1260 |
| 实施例3 | 1250 |
| 对比例1 | 1010 |
| 对比例2 | 1100 |
| 对比例3 | 1160 |
由表1可以看出，本发明处理后的金属模具表面具有更好的硬度。
Claims (4)
1.一种金属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金属模具表面上喷涂复合涂层的工艺，工艺步骤如下：
(1)涂层材料制备：将碳化硅粉体、氧化铝粉体、氧化钇粉体、氧化镁粉体按质量比为2:1.2:0.01-0.03:0.85的质量比例均匀混合到一起，得到混合粉料，然后将混合粉料置于球磨机中，再添加混合粉料质量50%的丙三醇，在550-600r/min的速度球磨1.5h，然后再将球磨后的混合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80kW，喷粉速率为150g/min，载气氮气的流速为40L/min，得到粉末涂料基料；
(2)喷涂处理：将步骤(1)所得粉末涂料基料与活化纳米氧化锌按质量比为1:0.25的比例进行混合，然后添加粉末涂料基料质量0.01%的过硫酸钾，混合均匀后置于等离子喷涂装置中对金属模具表面进行喷涂处理，喷涂条件为：工作电压55V，工作电流550A，氦气流速35L/min，氢气流速12L/min；
（3）涂后处理：将喷涂后的金属模具在350-400℃下保温2小时，然后随炉冷却至室温，即可。
2.如权利要求1所述的一种金属模具表面超硬化处理工艺，其特征在于，所述步骤(1)中球化处理后的粉末涂料基料，平均粒径为22μm，最大粒径为30μm，最小粒径为15μm。
3.如权利要求1所述的一种金属模具表面超硬化处理工艺，其特征在于，所述步骤（1）中丙三醇含水率不超过5%。
4.如权利要求1所述的一种金属模具表面超硬化处理工艺，其特征在于，步骤（2）中活化纳米氧化锌制备方法为：将纳米氧化锌均匀分散到去离子水中，配制成质量浓度为8%的纳米氧化锌悬浮液，向纳米氧化锌悬浮液中添加其质量1%的氢氧化钠，搅拌均匀后，加热至45℃，保温30min，然后向纳米氧化锌悬浮液中添加其质量5%的异丙醇，搅拌15min，然后再添加纳米氧化锌悬浮液质量0.1%的过硫酸钾，在65℃下，以200r/min转速搅拌2小时，然后过滤，采用去离子水对纳米氧化锌表面洗涤至中性，然后在真空下烘干至恒重，即可，所述烘干温度为100℃。
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