CN108179400A - 一种挤压模具的表面处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种表面处理方法，具体涉及一种挤压模具的表面处理方法，属于机械技术领域。本发明所述表面处理方法具体包括如下步骤：采用金属有机物化学气相沉积法在挤压模具表面沉积得到氧化铝涂层，并进行热处理。本发明通过合理设定工艺流程的步骤，能够使得到的挤压模具在使用后有残留的铝合金在模空中，由于传统氮化工艺没有很强抗耐磨性每次使用后都需去除残铝检查，而本发明涂层模具由于抗耐磨性强无需频繁煮模，降低维护成本和环境污染。

Description

一种挤压模具的表面处理方法
发明领域
本发明涉及一种表面处理方法，具体涉及一种挤压模具的表面处 理方法，属于机械技术领域。
背景技术
模具在现代生产中是生产各种工业产品的重要工艺装备。随着社 会经济的发展，特别是汽车、家电工业、航空航天的迅猛发展，对模 具工业提出了更高的要求。如何提高模具的质量、使用寿命和降低生 产成本成为当前迫切需要解决的问题。模具在工作中除了要求基体具 有足够高的强度和韧性的合理配合外，其表面性能对模具的工作性能 和使用寿命至关重要。模具性能的改善，单纯依赖基体材料的改进和 提高是非常有限的，也是不经济的，而通过表面处理技术，往往可以 收到事半功倍的效果，这也正是表面处理技术在模具生产中得到迅速 发展的原因。同时现有的模具表面处理工艺，工艺复杂，表面精度不 够理想，严重影响了模具使用性能及生产效果。
随着汽车轻量化的发展趋势，高档汽车厂家对光亮阳极氧化铝型 材产品的需求量越来越大，铝型材光亮阳极氧化技术在市场上蕴含着 巨大的商机。将铝合金用于高要求光亮阳极氧化，对氧化前的原材料 要求极高，模具表面处理对原材料好坏有直接影响关系。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述问题，提出了一种挤压模具的表 面处理方法，能够使得到的挤压模具表面具有优异的耐腐蚀和耐磨性 能，同时具有优良的机械性能。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：一种挤压模具的表面处 理方法，所述表面处理方法具体包括如下步骤：采用金属有机物化学 气相沉积法在挤压模具表面沉积得到氧化铝涂层，并进行热处理。
氧化铝涂层具有良好的耐热性、化学惰性和高耐磨性，是有色金 属和非有色金属的热挤压模的主导涂层，本发明采用金属有机物化学 气相沉积法制备氧化铝薄膜，能够使制得的薄膜涂层具有沉积温度低、 生长速率快、沉积物的化学成分可控和使用设备简单等优点，而化学 气相沉积和物理气相沉积所需设备复杂，且沉积温度高，基体易变形。
作为优选，本发明氧化铝涂层的厚度为4-6μm。
在上述一种挤压模具的表面处理方法中，所述氧化铝涂层的沉积 具体包括如下步骤：将挤压模具放入反应式恒温器中，升温至 1000-1100℃后将仲丁醇铝蒸汽与纯氮混合沉积。其中，仲丁醇铝蒸 汽的温度为120-130℃，仲丁醇铝蒸汽的气体流量为5-6L/min。
在上述一种挤压模具的表面处理方法中，所述热处理包括一次淬 火处理和两次回火处理，具体包括如下步骤：淬火处理的温度为 1050-1070℃，时间为1-2h；第一次回火处理的温度为550-570℃，时 间为1-2h；第二次回火处理的温度为570-580℃，时间为1-1.5h。
在上述一种挤压模具的表面处理方法中，在沉积氧化铝涂层前还 包括涂覆缩丁醛树脂涂层，具体包括如下步骤：将挤压模具浸入Mg 粉和缩丁醛树脂混合的涂料中进行涂覆。
本发明在挤压模具表面进行缩丁醛树脂涂层的涂覆和氧化铝涂 层的涂覆，其中缩丁醛树脂涂层的涂覆能够使挤压模具具有极好的耐 腐蚀能力，而氧化铝涂层具有优异的机械性能，如耐磨性等，并通过 机械力表面改性提高挤压模具的表面性能，从而达到本发明的目的。
在上述一种挤压模具的表面处理方法中，所述Mg粉和缩丁醛树 脂混合的涂料中，Mg粉和缩丁醛树脂的质量比为(1-2)：5。其中， Mg粉为粒度由60-70μm与粒度为80-90μm的Mg粉混合而成，且 两者的质量比为(1-1.5)：1。本发明在挤压模具表面先涂覆含有Mg 粉的缩丁醛树脂层，涂层系统可近似看做平板电容器，Mg粉的加入 可以提高平板电容器的荷电能力，从而使涂层电容增加；另一方面， 加入Mg粉增大了涂层受极化的能力，即提高了涂层的介电常数，从 而提高了涂层电容。从上也可以看出，加入Mg粉后的涂层，涂覆在 挤压模具上后，其腐蚀能力得到进一步增强。但当涂层中的Mg粉进 一步增加时，则作为粘结剂的缩丁醛树脂降低，则会影响到涂层的性 质，如增加涂层孔隙率，腐蚀性介质渗透到涂层内部的几率增大，导 致涂层被腐蚀。作为优选，所述缩丁醛树脂涂层的厚度为5-6μm。
在上述一种挤压模具的表面处理方法中，在涂覆缩丁醛树脂涂层 前还包括预处理和预氧化，具体包括如下步骤：用水磨砂纸从 180～200号逐级对挤压模具进行研磨，抛光后浸入丙酮中超声清洗； 将清洗后的挤压模具放进热处理炉中，在800-810℃下氧化处理1-1.5h。
本发明在挤压模具表面进行预氧化，能够生成氧化膜，其成分为 氧化铝等的混合物，金属氧化物的热膨胀系数与氧化硅类似，减小了 热应力，且挤压模具表面形成的氧化膜促进涂层对挤压模具基体的润 湿性，促使涂层与挤压模具间的化学结合，从而提高得到的挤压模具 表面涂层的抗热冲击性能。
在上述一种挤压模具的表面处理方法中，在热处理后还包括机械 力表面改性处理和后处理，具体包括如下步骤：将挤压模具放入机械 滚筒中进行机械力表面改性处理得挤压模具半成品，再进行渗蜡处理 得挤压模具成品。
在上述一种挤压模具的表面处理方法中，所述机械滚筒的转速为 120-130r/min。本发明通过将挤压模具进行机械力表面改性处理，能 够使得到的挤压模具表观微观形貌光滑平整、致密；而没有经过机械 力表面改性处理的挤压模具表面存在很多Mg粉颗粒、氧化铝颗粒与 凹凸不平，有些部位还存在细小的裂纹，会影响涂层的机械性能，从 而影响得到的挤压模具的表面性能。
在上述一种挤压模具的表面处理方法中，通过将挤压模具进行渗 蜡处理，液态石蜡能够通过成型件内部的孔隙快速的渗入，近似于毛 细现象。取出冷却后，凝固的石蜡便填补了成型件内部的孔洞，使其 变得更加紧实，从而提高得到的挤压模具的强度。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明工艺流程合理，各工艺组成高效、环保，能保证得到 的经过表面处理后的挤压模具具有极高的硬度，耐磨性增强；
2、本发明采用复合涂层的工艺，先涂覆含有Mg粉的缩丁醛树 脂涂层，再涂覆氧化铝涂层，能够使得到的挤压模具具有高耐腐蚀能 力和机械性能；
3、本发明通过合理设定工艺流程的步骤，能够使得到的挤压模 具在使用后有残留的铝合金在模空中，由于传统氮化工艺没有很强抗 耐磨性每次使用后都需去除残铝检查，而本发明涂层模具由于抗耐磨 性强无需频繁煮模，降低维护成本和环境污染。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描 述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
预氧化：将清洗后的挤压模具放进热处理炉中，在800℃下氧化 处理1h；
缩丁醛树脂涂层涂覆：将预氧化后的挤压模具浸入Mg粉和缩丁 醛树脂混合的涂料中进行涂覆；所述Mg粉和缩丁醛树脂混合的涂料 中，Mg粉和缩丁醛树脂的质量比为1：5。其中，Mg粉为粒度由60 μm与粒度为80μm的Mg粉混合而成，且两者的质量比为1：1； 所述缩丁醛树脂涂层的厚度为5μm；
金属有机物化学气相沉积氧化铝涂层：将涂覆缩丁醛树脂涂层的 挤压模具放入反应式恒温器中，升温至1000℃后将仲丁醇铝蒸汽与 纯氮混合沉积；所述仲丁醇铝蒸汽的温度为120℃，仲丁醇铝蒸汽的 气体流量为5L/min；所述氧化铝涂层的厚度为4μm；
热处理：将得到的挤压模具进行热处理；所述热处理包括一次淬 火处理和两次回火处理，具体包括如下步骤：淬火处理的温度为 1050℃，时间为1h；第一次回火处理的温度为550℃，时间为1h； 第二次回火处理的温度为570℃，时间为1h；
机械力表面改性：将挤压模具放入机械滚筒中进行机械力表面改 性处理得挤压模具半成品；所述机械滚筒的转速为120r/min；
后处理：将挤压模具半成品进行渗蜡处理得挤压模具成品。
实施例2
预氧化：将清洗后的挤压模具放进热处理炉中，在802℃下氧化 处理1.1h；
缩丁醛树脂涂层涂覆：将预氧化后的挤压模具浸入Mg粉和缩丁 醛树脂混合的涂料中进行涂覆；所述Mg粉和缩丁醛树脂混合的涂料 中，Mg粉和缩丁醛树脂的质量比为1.2：5。其中，Mg粉为粒度由 62μm与粒度为82μm的Mg粉混合而成，且两者的质量比为1.1： 1；所述缩丁醛树脂涂层的厚度为5.2μm；
金属有机物化学气相沉积氧化铝涂层：将涂覆缩丁醛树脂涂层的 挤压模具放入反应式恒温器中，升温至1020℃后将仲丁醇铝蒸汽与 纯氮混合沉积；所述仲丁醇铝蒸汽的温度为122℃，仲丁醇铝蒸汽的 气体流量为5.2L/min；所述氧化铝涂层的厚度为4.2μm；
热处理：将得到的挤压模具进行热处理；所述热处理包括一次淬 火处理和两次回火处理，具体包括如下步骤：淬火处理的温度为 1055℃，时间为1.2h；第一次回火处理的温度为555℃，时间为1.2h； 第二次回火处理的温度为572℃，时间为1.1h；
机械力表面改性：将挤压模具放入机械滚筒中进行机械力表面改 性处理得挤压模具半成品；所述机械滚筒的转速为122r/min；
后处理：将挤压模具半成品进行渗蜡处理得挤压模具成品。
实施例3
预氧化：将清洗后的挤压模具放进热处理炉中，在805℃下氧化 处理1.2h；
缩丁醛树脂涂层涂覆：将预氧化后的挤压模具浸入Mg粉和缩丁 醛树脂混合的涂料中进行涂覆；所述Mg粉和缩丁醛树脂混合的涂料 中，Mg粉和缩丁醛树脂的质量比为1.5：5。其中，Mg粉为粒度由 65μm与粒度为85μm的Mg粉混合而成，且两者的质量比为1.3： 1；所述缩丁醛树脂涂层的厚度为5.5μm；
金属有机物化学气相沉积氧化铝涂层：将涂覆缩丁醛树脂涂层的 挤压模具放入反应式恒温器中，升温至1050℃后将仲丁醇铝蒸汽与 纯氮混合沉积；所述仲丁醇铝蒸汽的温度为125，仲丁醇铝蒸汽的气 体流量为5.5L/min；所述氧化铝涂层的厚度为5μm；
热处理：将得到的挤压模具进行热处理；所述热处理包括一次淬 火处理和两次回火处理，具体包括如下步骤：淬火处理的温度为 1060℃，时间为1.5h；第一次回火处理的温度为560℃，时间为1.5h； 第二次回火处理的温度为575℃，时间为1.3h；
机械力表面改性：将挤压模具放入机械滚筒中进行机械力表面改 性处理得挤压模具半成品；所述机械滚筒的转速为125r/min；
后处理：将挤压模具半成品进行渗蜡处理得挤压模具成品。
实施例4
预氧化：将清洗后的挤压模具放进热处理炉中，在808℃下氧化 处理1.4h；
缩丁醛树脂涂层涂覆：将预氧化后的挤压模具浸入Mg粉和缩丁 醛树脂混合的涂料中进行涂覆；所述Mg粉和缩丁醛树脂混合的涂料 中，Mg粉和缩丁醛树脂的质量比为1.8：5。其中，Mg粉为粒度由 68μm与粒度为88μm的Mg粉混合而成，且两者的质量比为1.4： 1；所述缩丁醛树脂涂层的厚度为5.8μm；
金属有机物化学气相沉积氧化铝涂层：将涂覆缩丁醛树脂涂层的 挤压模具放入反应式恒温器中，升温至1080℃后将仲丁醇铝蒸汽与 纯氮混合沉积；所述仲丁醇铝蒸汽的温度为128℃，仲丁醇铝蒸汽的 气体流量为5.8L/min；所述氧化铝涂层的厚度为5.5μm；
热处理：将得到的挤压模具进行热处理；所述热处理包括一次淬 火处理和两次回火处理，具体包括如下步骤：淬火处理的温度为 1065℃，时间为1.8h；第一次回火处理的温度为565℃，时间为1.8h； 第二次回火处理的温度为578℃，时间为1.4h；
机械力表面改性：将挤压模具放入机械滚筒中进行机械力表面改 性处理得挤压模具半成品；所述机械滚筒的转速为128r/min；
后处理：将挤压模具半成品进行渗蜡处理得挤压模具成品。
实施例5
预氧化：将清洗后的挤压模具放进热处理炉中，在810℃下氧化 处理1.5h；
缩丁醛树脂涂层涂覆：将预氧化后的挤压模具浸入Mg粉和缩丁 醛树脂混合的涂料中进行涂覆；所述Mg粉和缩丁醛树脂混合的涂料 中，Mg粉和缩丁醛树脂的质量比为2：5。其中，Mg粉为粒度由70 μm与粒度为90μm的Mg粉混合而成，且两者的质量比为1.5：1； 所述缩丁醛树脂涂层的厚度为6μm；
金属有机物化学气相沉积氧化铝涂层：将涂覆缩丁醛树脂涂层的 挤压模具放入反应式恒温器中，升温至1100℃后将仲丁醇铝蒸汽与 纯氮混合沉积；所述仲丁醇铝蒸汽的温度为130℃，仲丁醇铝蒸汽的 气体流量为6L/min；所述氧化铝涂层的厚度为6μm；
热处理：将得到的挤压模具进行热处理；所述热处理包括一次淬 火处理和两次回火处理，具体包括如下步骤：淬火处理的温度为 1070℃，时间为2h；第一次回火处理的温度为570℃，时间为2h； 第二次回火处理的温度为580℃，时间为1.5h；
机械力表面改性：将挤压模具放入机械滚筒中进行机械力表面改 性处理得挤压模具半成品；所述机械滚筒的转速为130r/min；
后处理：将挤压模具半成品进行渗蜡处理得挤压模具成品。
实施例6
与实施例3份的区别仅在于，该实施例挤压模具表面没有涂覆缩 丁醛树脂涂层，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例7
与实施例3的区别仅在于，该实施例挤压模具表面处理过程中没 有进行预氧化处理，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例8
与实施例3的区别仅在于，该实施例挤压模具表面处理过程中没 有进行机械力表面改性处理，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例9
与实施例3的区别仅在于，该实施例挤压模具沉积氧化铝涂层的 温度为950℃，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例10
与实施例3的区别仅在于，该实施例挤压模具沉积氧化铝涂层的 温度为1150℃，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
对比例1
与实施例3的区别仅在于，该对比例在挤压模具表面涂覆普通涂 层，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
对比例2
与实施例3的区别仅在于，该对比例没有在挤压模具表面涂覆涂 层，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，该对比例挤压模具表面采用化学气相 沉积法涂覆氧化铝涂层，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
对比例4
与实施例3的区别仅在于，该对比例挤压模具表面采用物理气相 沉积法涂覆氧化铝涂层，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
将实施例1-10及对比例1-4中制得的挤压模具进行性能检测，其 中，显微硬度测试方法为：采用Vickers硬度测试法、采用MH-5型 显微硬度仪测试硬度，测试时，检测力为0.05千克力，作用时间为12s， 所得结果见表1。
磨损试验检测方法为：采用MPX-2000X型盘销式磨损试验机进 行磨损试验，将挤压模具分别制作成销试样，试验时，试验机的转速 为350r/min，线速度为0.5m/s，载荷为20N，磨损时间为10min，磨损 完成后，卸下销试样，用乙醇清洗干净，晾干后称其质量，当然，在 磨损试验之前，先要测试销试样的质量，从而可以计算磨损试验的质 量损失百分率；
耐蚀试验检测方法为：采用浸渍试验的方法来测量模具的耐蚀性， 腐蚀介质为10％的HCl溶液，温度为室温，腐蚀时间为15h，腐蚀完 成后取出，用酒精清洗干净，然后晾干，用天平测量其质量。当然， 在做腐蚀测试以前要先测试模具的质量，从而可以计算其因腐蚀带来 的质量损失，所得结果见表1。
表1：实施例1-10及对比例1-4中挤压模具性能检测结果
从上述结果可以看出，本发明工艺流程合理，各工艺组成高效、 环保，能保证得到的经过表面处理后的挤压模具具有极高的硬度，耐 磨性增强；同时，本发明采用复合涂层的工艺，先涂覆含有Mg粉的 缩丁醛树脂涂层，再涂覆氧化铝涂层，能够使得到的挤压模具具有高 耐腐蚀能力和机械性能。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本 发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修 改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超 越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但 是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作 各种变化或修正是显然的。

Claims (9)

1.一种挤压模具的表面处理方法，其特征在于，所述表面处理方法具体包括：采用金属有机物化学气相沉积法在挤压模具表面沉积得到氧化铝涂层，并进行热处理。
2.根据权利要求1所述的一种挤压模具的表面处理方法，其特征在于，所述氧化铝涂层的沉积具体包括如下步骤：将挤压模具放入反应式恒温器中，升温至1000-1100℃后将仲丁醇铝蒸汽与纯氮混合沉积。
3.根据权利要求2所述的一种挤压模具的表面处理方法，其特征在于，仲丁醇铝蒸汽的温度为120-130℃，仲丁醇铝蒸汽的气体流量为5-6L/min。
4.根据权利要求1所述的一种挤压模具的表面处理方法，其特征在于，所述热处理包括一次淬火处理和两次回火处理，具体包括如下步骤：淬火处理的温度为1050-1070℃，时间为1-2h；第一次回火处理的温度为550-570℃，时间为1-2h；第二次回火处理的温度为570-580℃，时间为1-1.5h。
5.根据权利要求1所述的一种挤压模具的表面处理方法，其特征在于，在沉积氧化铝涂层前还包括在挤压模具表面涂覆缩丁醛树脂涂层，具体包括如下步骤：将挤压模具浸入Mg粉和缩丁醛树脂混合的涂料中进行涂覆。
6.根据权利要求5所述的一种挤压模具的表面处理方法，其特征在于，所述Mg粉和缩丁醛树脂混合的涂料中，Mg粉和缩丁醛树脂的质量比为(1-2)：5。
7.根据权利要求6所述的一种挤压模具的表面处理方法，其特征在于，所述Mg粉为粒度由60-70μm与粒度为80-90μm的Mg粉混合而成，且两者的质量比为(1-1.5)：1。
8.根据权利要求5所述的一种挤压模具的表面处理方法，其特征在于，在涂覆缩丁醛树脂涂层前还包括在挤压模具表面进行预处理和预氧化，具体包括如下步骤：用水磨砂纸从180～200号逐级对挤压模具进行研磨，抛光后浸入丙酮中超声清洗；将清洗后的挤压模具放进热处理炉中，在800-810℃下氧化处理1-1.5h。
9.根据权利要求1所述的一种挤压模具的表面处理方法，其特征在于，在热处理后还包括机械力表面改性处理和后处理，具体包括如下步骤：将挤压模具放入机械滚筒中进行机械力表面改性处理得挤压模具半成品，再进行渗蜡处理得挤压模具成品。
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