CN109055827A - 用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料以及增强模具表面硬度的方法 - Google Patents

用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料以及增强模具表面硬度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及材料加工领域，具体而言，涉及一种用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料以及增强模具表面硬度的方法。该用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料，用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料主要由多种原料制成，以重量份计，多种原料包括：50‑60份镍；1‑5份石墨烯类材料；5‑10份氧化铝；20‑40份碳化钛；1‑3份钼；10‑15份铬；40‑60份氮化硅；硅7‑13份；钴0.8‑1.5份。该石墨烯镀膜材料能够增强物件表面硬度，提高耐磨性。该方法，操作简单，可行性强，采用该方法能够有效地提高模具的表面硬度，延长模具的使用寿命。

Description

用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料以及增强模具表面硬度 的方法
技术领域
本发明涉及材料加工领域，具体而言，涉及一种用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料以及增强模具表面硬度的方法。
背景技术
模具，工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压等方法得到所需产品的各种模子和工具。简而言之，模具是用来制作成型物品的工具，这种工具由各种零件构成，不同的模具由不同的零件构成。它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工。
在外力作用下使坯料成为有特定形状和尺寸的制件的工具。广泛用于冲裁、模锻、冷镦、挤压、粉末冶金件压制、压力铸造，以及工程塑料、橡胶、陶瓷等制品的压塑或注塑的成形加工中。模具具有特定的轮廓或内腔形状，应用具有刃口的轮廓形状可以使坯料按轮廓线形状发生分离(冲裁)。应用内腔形状可使坯料获得相应的立体形状。模具一般包括动模和定模(或凸模和凹模)两个部分，二者可分可合。分开时取出制件，合拢时使坯料注入模具型腔成形。模具是精密工具，形状复杂，承受坯料的胀力，对结构强度、刚度、表面硬度、表面粗糙度和加工精度都有较高要求。
模具由于使用频繁，因此，对于模具的耐磨性以及表面硬度的要求较高。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料，该石墨烯镀膜材料能够增强物件表面硬度，提高耐磨性。
本发明的第二目的在于提供一种增强模具表面硬度的方法，提高模具的表面硬度，延长模具的使用寿命。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
一种用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料，用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料主要由多种原料制成，以重量份计，多种原料包括：50-60份镍；1-5份石墨烯类材料；5-10份氧化铝；20-40份碳化钛；1-3份钼；10-15份铬；40-60份氮化硅；7-13份硅；0.8-1.5份钴。
一种增强模具表面硬度的方法，以重量份计，称取原料50-60份镍；1-5份石墨烯类材料；5-10份氧化铝；20-40份碳化钛；1-3份钼；10-15份铬；40-60份氮化硅；7-13份硅；0.8-1.5份钴；将原料采用超声分散混合均匀，得到混合原料；将混合原料以镀膜的方式沉积在模具的表面。
本发明的有益效果是：
本发明提供的一种用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料，用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料主要由多种原料制成，以重量份计，多种原料包括：50-60份镍；1-5份石墨烯类材料；5-10份氧化铝；20-40份碳化钛；1-3份钼；10-15份铬；40-60份氮化硅；硅7-13份；钴0.8-1.5份。该石墨烯镀膜材料能够增强物件表面硬度，提高耐磨性。
本发明提供的一种增强模具表面硬度的方法，以重量份计，称取50-60份镍；1-5份石墨烯类材料；5-10份氧化铝；20-40份碳化钛；1-3份钼；10-15份铬；40-60份氮化硅；硅7-13份；钴0.8-1.5份原料；将原料采用超声分散混合均匀，得到混合原料；将混合原料以镀膜的方式沉积在模具的表面。该方法，操作简单，可行性强，采用该方法能够有效地提高模具的表面硬度，延长模具的使用寿命。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面对本发明实施例的用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料以及增强模具表面硬度的方法进行具体说明。
本发明实施例提供的一种用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料，该用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料主要由多种原料制成，以重量份计，多种原料包括：
50-60份镍；1-5份石墨烯类材料；5-10份氧化铝；20-40份碳化钛；1-3份钼；10-15份铬；40-60份氮化硅；硅7-13份；钴0.8-1.5份。
石墨烯类材料能够有效地增强该镀膜材料之间的结合效果，当将该石墨烯镀膜材料镀膜于物件的表面时，能够增强镀膜与基层的结合能力，进一步地提高该石墨烯镀膜材料的增强物件表面硬度的效果。
进一步地，镍、钼、钴等能够有效地提高整个石墨烯镀膜材料的硬度和耐磨性，进一步地提高整个镀膜材料的综合性能。
碳化钛浅灰色，立方晶系，不溶于水，具有很高的化学稳定性，与盐酸、硫酸几乎不起化学反应，但能够溶解于王水，硝酸，以及氢氟酸中，还溶于碱性氧化物的溶液中。TiC是具有金属光泽的铁灰色晶体,属于NaCl型简单立方结构,晶格常数为0.4329nm,空间群为Fm3m,在晶格位置上碳原子与钛原子是等价的,TiC原子间以很强的共价键结合,具有类似金属的若干特性,如高的熔点、沸点和硬度,硬度仅次于金刚石,有良好的导热和导电性,在温度极低时甚至表现出超导性。因此,TiC被广泛用于制造金属陶瓷,耐热合金、硬质合金、抗磨材料、高温辐射材料以及其它高温真空器件,用其制备的复相材料在机械加工、冶金矿产、航天和聚变堆等领域有着广泛的应用。
正是因为碳化钛本身的强度和硬度较高，将碳化钛材料复合在该石墨烯镀膜材料中，在将该石墨烯镀膜材料镀膜的过程中，碳化钛材料分散中，整个石墨烯镀膜材料中，能够起到细化镀膜材料晶粒的作用，进一步地提高整个石墨烯镀膜材料的综合性能。
进一步地，以重量份计，多种原料包括：52-57份镍；2-4.5份石墨烯；5.5-8.5份氧化铝；25-36份碳化钛；1.5-2.5份钼；11-14份铬；41-55份氮化硅；硅8-12份；钴0.9-1.3份。
进一步地，上述的石墨烯类材料为石墨烯、氧化石墨烯或者改性石墨烯。
石墨烯材料由于其特殊的结构特点，导致其优异的复合增强的效果。将石墨烯材料用于该石墨烯镀膜材料中，能够极大地提高镀膜材料中粒子分布的均匀程度，进一步地增强镀膜材料与物件的表面硬度。
进一步地，以重量份计，该用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料还包括0.1-0.5份稀土材料。
通过在该石墨烯镀膜材料中加入稀土材料，能够有效地起到净化杂质、细化组织的作用。由于稀土在该石墨烯镀膜材料中的熔点较高，在镀膜的过程中，这些细小的质点，能够作为非均质形核中心，降低结晶过程中的过冷度，因此，不仅能够减少偏析而且能够有效地细化凝固组织。
进一步地，以重量份计，稀土材料0.2-0.4份。
进一步地，在本实施例中，上述的系统材料选自镧系稀土元素氧化物中的任意一种。可选地，上述的稀土材料选自氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化镱、氧化镥中的任意一种。
本发明的一些实施方式还提供一种增强模具表面硬度的方法。该方法包括：以重量份计，称取50-60份镍；1-5份石墨烯类材料；5-10份氧化铝；20-40份碳化钛；1-3份钼；10-15份铬；40-60份氮化硅；硅7-13份；钴0.8-1.5份原料；将原料采用超声分散混合均匀，得到混合原料；将混合原料以镀膜的方式沉积在模具的表面。
进一步地，镀膜厚度10-20微米。
通过在模具的表面镀膜10-20微米，能够有效地起到增强模具表面硬度的效果，进而能够有效地提高模具的使用寿命。
进一步地，将混合原料以镀膜的方式沉积在模具的表面，是采用脉冲激光沉淀的方式镀膜。
脉冲激光沉淀是利用激光对物体进行轰击后被轰击出来的物质，将被轰击出来的物质沉淀在不同的衬底上，并得到沉淀或者薄膜。采用该方法进行镀膜，成膜效果好，速度快，可操作性强，应用范围广。
进一步地，将原料采用超声分散混合均匀时，先将石墨烯类材料分散在分散剂中，在与其余原料进行超声混合。具体地，分散剂可以选择醇类、酯类或者其他可适用的有机溶剂。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述：
实施例1
本实施例提供一种用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料，该用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料主要由多种原料制成，以重量份计，多种原料包括：50份镍；1份石墨烯；5份氧化铝；20份碳化钛；1份钼；10份铬；40份氮化硅；硅7份；钴0.8份；0.1份氧化镧。
将该用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料采用脉冲激光沉淀的方式镀膜在模具上，具体步骤如下：
称取上述的各个原料。将石墨烯采用超声分散的方式分散在乙醇溶液中。将其他各个原料采用超声分散的方法进行分散，同时将石墨烯乙醇分散液加入其中，一起进行超声分散。将分散均匀的原料混合物采用脉冲激光沉淀的方式镀膜在模具上。
实施例2
本实施例提供一种用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料，该用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料主要由多种原料制成，以重量份计，多种原料包括：60份镍；5份氧化石墨烯；10份氧化铝；40份碳化钛；3份钼；15份铬；60份氮化硅；硅13份；钴1.5份；0.5份氧化铈。
将该用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料采用脉冲激光沉淀的方式镀膜在模具上，具体步骤如下：
称取上述的各个原料。将氧化石墨烯采用超声分散的方式分散在异丙醇溶液中。将其他各个原料采用超声分散的方法进行分散，同时将石墨烯异丙醇分散液加入其中，一起进行超声分散。将分散均匀的原料混合物采用脉冲激光沉淀的方式镀膜在模具上。
实施例3
本实施例提供一种用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料，该用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料主要由多种原料制成，以重量份计，多种原料包括：52份镍；2份改性石墨烯；5.5份氧化铝；25份碳化钛；1.5份钼；11份铬；41份氮化硅；硅8份；钴0.9份；0.2份氧化镨。
将该用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料采用脉冲激光沉淀的方式镀膜在模具上，具体步骤如下：
称取上述的各个原料。将改性石墨烯采用超声分散的方式分散在乙酸乙酯溶液中。将其他各个原料采用超声分散的方法进行分散，同时将石墨烯乙酸乙酯分散液加入其中，一起进行超声分散。将分散均匀的原料混合物采用脉冲激光沉淀的方式镀膜在模具上。
实施例4
本实施例提供一种用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料，该用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料主要由多种原料制成，以重量份计，多种原料包括：57份镍；4.5份石墨烯；8.5份氧化铝；36份碳化钛；2.5份钼；14份铬；55份氮化硅；硅12份；钴1.3份；0.4份氧化钕。
将该用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料采用脉冲激光沉淀的方式镀膜在模具上，具体步骤如下：
称取上述的各个原料。将石墨烯采用超声分散的方式分散在乙醇溶液中。将其他各个原料采用超声分散的方法进行分散，同时将石墨烯乙醇分散液加入其中，一起进行超声分散。将分散均匀的原料混合物采用脉冲激光沉淀的方式镀膜在模具上。
实施例5
本实施例提供一种用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料，该用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料主要由多种原料制成，以重量份计，多种原料包括：55份镍；2.5份石墨烯；7.5份氧化铝；30份碳化钛；2份钼；12.5份铬；50份氮化硅；硅10份；钴1.0份；0.25份氧化钕。
将该用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料采用脉冲激光沉淀的方式镀膜在模具上，具体步骤如下：
称取上述的各个原料。将石墨烯采用超声分散的方式分散在乙醇溶液中。将其他各个原料采用超声分散的方法进行分散，同时将石墨烯乙醇分散液加入其中，一起进行超声分散。将分散均匀的原料混合物采用脉冲激光沉淀的方式镀膜在模具上。
实施例6
本实施例提供一种用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料，该用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料主要由多种原料制成，以重量份计，多种原料包括：56份镍；3份石墨烯；6份氧化铝；31份碳化钛；1.8份钼；13份铬；52份氮化硅；硅9份；钴1.1份；0.3份氧化钕。
将该用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料采用脉冲激光沉淀的方式镀膜在模具上，具体步骤如下：
称取上述的各个原料。将石墨烯采用超声分散的方式分散在乙醇溶液中。将其他各个原料采用超声分散的方法进行分散，同时将石墨烯乙醇分散液加入其中，一起进行超声分散。将分散均匀的原料混合物采用脉冲激光沉淀的方式镀膜在模具上。
对比例1：按照实施例1的方式镀膜，区别在于镀膜材料为金属铜铬合金。
对比例2：按照实施例1的方式镀膜，区别在于镀膜材料为金属镍。
对比例3：按照实施例1的方式镀膜，区别在于镀膜材料为镍合金。
对比例4：按照实施例1的方式镀膜，区别在于镀膜材料为铁合金。
对比例5：按照实施例1的方式镀膜，区别在于镀膜材料为陶瓷涂层。
实验例
对实施例1-6以及对比例1-5的镀膜材料在相同材质、相同表面积的模具表面镀膜，且镀膜厚度均为15微米。对镀膜后的各个模具的表面的硬度、耐磨性能以及结合强度进行检测。
具体镀膜的硬度通过划痕试验法进行检测，镀膜的结合强度通过GB/T8642-2002进行测试；镀膜的耐磨性能通过磨料磨损试验进行测试，分别测定通过磨损机后镀层的质量，涂层质量减少越少耐磨能力越强。具体检测结果参见表1。
表1性能检测结果
从上述表1可以看出，实施1-6提供的石墨烯镀膜材料具有良好的硬度和耐磨性能，且与模具表面结合良好。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料，其特征在于，所述用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料主要由多种原料制成，以重量份计，多种所述原料包括：
50-60份镍；1-5份石墨烯类材料；5-10份氧化铝；20-40份碳化钛；1-3份钼；10-15份铬；40-60份氮化硅；7-13份硅；0.8-1.5份钴。
2.如权利要求1所述的用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料，其特征在于，以重量份计，多种所述原料包括：
52-57份所述镍；2-4.5份所述石墨烯；5.5-8.5份所述氧化铝；25-36份所述碳化钛；1.5-2.5份所述钼；11-14份所述铬；41-55份所述氮化硅；8-12份所述硅；0.9-1.3份所述钴。
3.如权利要求1或2所述的用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料，其特征在于，所述石墨烯类材料为石墨烯、氧化石墨烯或者改性石墨烯。
4.如权利要求3所述的用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料，其特征在于，
以重量份计，所述用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料还包括0.1-0.5份稀土材料。
5.如权利要求4所述的用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料，其特征在于，
以重量份计，所述稀土材料0.2-0.4份。
6.如权利要求4所述的用于增强表面硬度的石墨烯镀膜材料，其特征在于，
所述稀土材料选自镧系稀土元素氧化物中的任意一种。
7.一种增强模具表面硬度的方法，其特征在于，
以重量份计，称取原料50-60份镍；1-5份石墨烯类材料；5-10份氧化铝；20-40份碳化钛；1-3份钼；10-15份铬；40-60份氮化硅；7-13份硅；0.8-1.5份钴；
将所述原料采用超声分散混合均匀，得到混合原料；
将所述混合原料以镀膜的方式沉积在模具的表面。
8.如权利要求7所述的增强模具表面硬度的方法，其特征在于，
镀膜厚度10-20微米。
9.如权利要求8所述的增强模具表面硬度的方法，其特征在于，
将所述混合原料以镀膜的方式沉积在模具的表面，是采用脉冲激光沉淀的方式镀膜。
10.如权利要求7所述的增强模具表面硬度的方法，其特征在于，
将所述原料采用超声分散混合均匀时，先将所述石墨烯类材料分散在分散剂中，在与其余原料进行超声混合。
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