CN109013255A - 一种在模具表面沉积固体自润滑涂层的方法 - Google Patents

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安健
陈汉杰
王波
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    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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Abstract

本发明公开了一种在模具表面沉积固体自润滑涂层的方法，包括：提供飞秒激光系统，所述飞秒激光系统发出主激光束；利用分光系统将主激光束分成多束等功率激光束，且所有等功率激光束呈周期阵列状；根据模具和激光束的特征，确定飞秒激光系统的运动轨迹；飞秒激光系统在模具表面制备若干微米阵列孔；在所述微米阵列孔中涂覆自润滑粉末。本发明在模具多次使用，固体自润滑涂层磨损之后，可以重新添加自润滑粉末，无需重新进行模具表面加工，降低了生产成本并提高了模具等零件的使用寿命。

Description

一种在模具表面沉积固体自润滑涂层的方法
技术领域
本发明涉及模具制造领域，特别涉及一种在模具表面沉积固体自润滑涂层的方法。
背景技术
模具一般承受变应力和冲击力，容易受到磨损损坏，特别是热作模具，工作温度一般高于400℃。在实际生产中受到高温磨损，特别是模具R角处和凸起处。严重影响模具的使用寿命，同时会对产品表面产生划伤和拉毛，给国民经济带来巨大的损失。
固体润滑材料是指利用固体粉末、薄膜来减少两承载表面的摩擦磨损作用。在固体润滑过程中，固体润滑材料和周围介质与摩擦表面发生物理、化学反应生成固体润滑薄膜，降低摩擦磨损。常见的固体自润滑涂层的制备工艺主要有化学镀、电镀、热喷涂、PVD、CVD等，存在涂层较薄，且与基体机械结合，结合强度低，涂层受一定摩擦时易剥落，反而加速零件磨损。
发明内容
本发明提供一种在模具表面沉积固体自润滑涂层的方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种在模具表面沉积固体自润滑涂层的方法，包括：提供飞秒激光系统，所述飞秒激光系统发出主激光束；利用分光系统将主激光束分成多束等功率激光束，且所有等功率激光束呈周期阵列状；根据模具和激光束的特征，确定飞秒激光系统的运动轨迹；飞秒激光系统在模具表面制备若干微米阵列孔；在所述微米阵列孔中涂覆自润滑粉末。
作为优选，所述自润滑粉末为六方氮化硼、石墨、二硫化钼、氟化物、软金属及其氧化物和氮化硅中的一种或多种。
作为优选，所述自润滑粉末的粒径为0.5-20um。
作为优选，所述微米阵列孔为圆形或多边形孔。
作为优选，所述微米阵列孔的孔径大小为10-50um。
作为优选，所述微米阵列孔的深度为1-20um。
作为优选，所述微米阵列孔的阵列间距为50-500um。
作为优选，所述飞秒激光系统在模具表面制备若干微米阵列孔的步骤具体包括：将模具固定在飞秒激光系统的移动平台上；通过CCD成像系统的观测，将激光定形阵列聚焦于模具表面；接着，根据所述微米阵列孔的尺寸规格，调节飞秒激光的脉冲频率、开关时间以及飞秒激光脉冲能量，从而在模具表面得到定型的微米阵列孔。
作为优选，所述飞秒激光系统的中心波长为800nm，脉冲宽度为50fs，重复频率为1KHz。
作为优选，采用喷涂或者刷涂的方式在所述微米阵列孔中涂覆高温自润滑粉末，进而在模具表面形成固体自润滑涂层。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明使用自润滑粉末颗粒填充在飞秒激光系统制造的微米阵列孔中，结合力远高于通过喷涂、刷涂等涂覆工艺形成的自润滑涂层，大大降低了模具表面的摩擦系数，使得模具使用寿命提高。
2、在模具多次使用，自润滑涂层磨损之后，可以重新添加自润滑粉末，无需重新进行模具表面加工，降低了生产成本并提高了模具等零件的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的在模具表面沉积固体自润滑涂层的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，本发明提供一种在模具表面沉积固体自润滑涂层的方法，包括：
提供飞秒激光系统，所述飞秒激光系统发出主激光束。当然，所述主激光束为飞秒激光束，是一种以脉冲形式运转的激光、持续时间非常短，只有几个飞秒，但有非常高的瞬时功率，可达百万亿瓦，同时它能聚焦到纳米级的空间区域。所述主激光束可以对任意材料的任意曲面进行加工，进而可以适用各种形状的模具，适用范围广泛。
接着，利用分光系统将主激光束分成多束等功率激光束，所有等功率激光束呈周期阵列状。
记者，根据模具的表面规格包括尺寸和面型，以及激光束的周期分布特征，确定飞秒激光系统的运动轨迹，以确保所述飞秒激光系统能够覆盖模具的整个表面；
接着，飞秒激光系统在模具表面制备若干微米阵列孔。具体包括：将模具固定在飞秒激光系统的移动平台上；通过CCD成像系统的观测，将激光定形阵列聚焦于模具表面；接着，根据所述微米阵列孔的尺寸规格包括微米阵列孔的孔径、孔深等，调节飞秒激光的脉冲频率、开关时间以及飞秒激光脉冲能量，从而在模具表面得到定型的微米阵列孔。其中，所述微米阵列孔为圆形或多边形孔，孔径大小为10-50um，优选为20-30um；微米阵列孔的深度为1-20um，优选为3-10um，微米阵列孔阵列间距为50-500um，优选为100-200um。
本发明采用涂覆工艺在所述微米阵列孔中涂覆耐高温自润滑粉末，进而在模具表面形成耐高温自润滑涂层。进一步的，在模具多次使用，耐高温自润滑涂层磨损之后，可以重新添加耐高温自润滑粉末，无需重新进行模具表面加工，降低了生产成本并提高了模具等零件的使用寿命。采用本发明的耐高温自润滑涂层之后，模具的摩擦系数可从无涂层的0.4降低到0.1-0.2左右，增加模具的使用寿命20％以上。
作为优选，所述耐高温自润滑粉末为六方氮化硼、石墨、二硫化钼、氟化物、软金属及其氧化物和氮化硅中的一种或多种。且所述耐高温自润滑粉末的粒径为0.5-20um，优选为1-5um。使用该耐高温自润滑粉末，可有效的降低模具在高温使用状态的高温摩擦磨损，同时自润滑涂层不易脱落，可以增加模具的使用寿命，减缓产品的拉伤，提升产品质量。
下面举例具体说明本发明的在模具表面沉积涂层的方法：
实施例1：
实验采用的飞秒系统的参数如下，中心波长为800nm，脉冲宽度为50fs，重复频率为1KHz。通过分光系统，将单束的主激光束分成10束等功率的激光定形阵列。将模具固定在移动平台上，通过CCD成像系统的观测，将激光定形阵列聚焦于模具表面。对飞秒激光系统进行运动轨迹设计并编程。通过调节脉冲频率、开关时间和飞秒激光脉冲能量，得到模具表面为直径20um，深度为3-5um，间距为200um的微米阵列孔。通过涂覆工艺将粒径为1-3um的氮化硼粉末填充在模具表面的微米阵列孔中。
实施例2：
实验采用的飞秒系统的参数如下，中心波长为800nm，脉冲宽度为50fs，重复频率为1KHz。通过分光系统，将单束的主激光束分成10束等功率的激光定形阵列。将模具固定在移动平台上，通过CCD成像系统的观测，将激光定形阵列聚焦于模具表面。对飞秒激光系统进行运动轨迹设计并编程。通过调节脉冲频率、开关时间和飞秒激光脉冲能量，得到模具表面为直径30um，深度为5-10um，间距为300um的微米阵列孔。通过涂覆工艺将粒径为1-3um的氮化硼、石墨混合粉末填充在模具表面的微米阵列孔中。
通过实例1和实例2中的利用飞秒激光技术制备的模具，模具的摩擦系数可从无涂层的0.4降低到0.1-0.2左右，增加模具的使用寿命20％以上。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种在模具表面沉积固体自润滑涂层的方法，其特征在于，包括：
提供飞秒激光系统，所述飞秒激光系统发出主激光束；
利用分光系统将主激光束分成多束等功率激光束，且所有等功率激光束呈周期阵列状；
根据模具和激光束的特征，确定飞秒激光系统的运动轨迹；
飞秒激光系统在模具表面制备若干微米阵列孔；
在所述微米阵列孔中涂覆自润滑粉末，进而在模具表面形成固体自润滑涂层。
2.如权利要求1所述的在模具表面沉积固体自润滑涂层的方法，其特征在于，所述自润滑粉末为六方氮化硼、石墨、二硫化钼、氟化物、软金属及其氧化物和氮化硅中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的在模具表面沉积固体自润滑涂层的方法，其特征在于，所述自润滑粉末的粒径为0.5-20um。
4.如权利要求1所述的在模具表面沉积固体自润滑涂层的方法，其特征在于，所述微米阵列孔为圆形或多边形孔。
5.如权利要求1所述的在模具表面沉积固体自润滑涂层的方法，其特征在于，所述微米阵列孔的孔径大小为10-50um。
6.如权利要求1所述的在模具表面沉积固体自润滑涂层的方法，其特征在于，所述微米阵列孔的深度为1-20um。
7.如权利要求1所述的在模具表面沉积固体自润滑涂层的方法，其特征在于，所述微米阵列孔的阵列间距为50-500um。
8.如权利要求1所述的在模具表面沉积固体自润滑涂层的方法，其特征在于，所述飞秒激光系统在模具表面制备若干微米阵列孔的步骤具体包括：将模具固定在飞秒激光系统的移动平台上；通过CCD成像系统的观测，将激光定形阵列聚焦于模具表面；接着，根据所述微米阵列孔的尺寸规格，调节飞秒激光的脉冲频率、开关时间以及飞秒激光脉冲能量，从而在模具表面得到定型的微米阵列孔。
9.如权利要求1所述的在模具表面沉积固体自润滑涂层的方法，其特征在于，所述飞秒激光系统的中心波长为800nm，脉冲宽度为50fs，重复频率为1KHz。
10.如权利要求1所述的在模具表面沉积固体自润滑涂层的方法，其特征在于，采用涂覆工艺在所述微米阵列孔中涂覆高温自润滑粉末。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102218647A (zh) * 2011-06-03 2011-10-19 江苏大学 一种金属塑性成形模具织构化自润滑处理方法

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Title
赵炳桢等: "《现代刀具设计与应用》", 30 September 2014, 国防工业出版社 *

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