CN109628798A - 玻璃模具双金属口模及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种玻璃模具双金属口模及其制备方法，步骤：用清洗溶剂对铜合金基体及镍基合金块的表面进行清洗并烘干，得到清洁的铜合金基体和镍基合金块；将清洁的铜合金基体及镍基合金块引入舱室内，将镍基合金块朝向铜合金基体的内腔一侧的镍基合金块外圆面与内腔的表面贴触，接着对舱室抽真空并加热，同时以扩散焊接方式对镍基合金块腔施加朝向内腔方向的压力且保压，使镍基合金块以独立的部件通过扩散焊接方式结合于铜合金基体的内腔且与铜合金基体构成一体。使镍基合金块的耐高温、抗氧化、抗蠕变、抵抗瞬间时热冲击及耐磨性能得到全面体现，满足玻璃机械成型机的高机速要求；保障铜合金基体及镍基合金块各自的优势，降低操作强度，节省贵金属材料。

Description

玻璃模具双金属口模及其制备方法

技术领域

本发明属于玻璃模具及其制备技术领域，具体涉及一种玻璃模具双金属口模，并且还涉及其制备方法。

背景技术

如业界所知，玻璃模具是制造玻璃容器的重要装备，而口模又是玻璃模具组件中控制玻璃容器口部成型的重要部件，由于口模的内腔（习惯称口模腔）与口环、套筒和冲头等配合，而外部即背对内腔的一侧又与初模相配合，因此在成套玻璃模具的所有部件中，口模的配合面堪称是最多的，并且精度要求严苛，结构相对复杂。又，由于在玻璃容器的制造过程中，玻璃熔体在温度只有在自1000℃降至600℃左右时才能保证玻璃坯料即玻璃容器雏形从初模中取出，经倒立和翻转（通常为180°）而运送到成型模成型，在该过程中必须保证玻璃容器雏形在自身的重量下（自重力下）不能出现变形，因此要求口模具有良好的导热性而藉以使玻璃熔体迅速冷却；同时要求口模的内腔具有优异的冷热交替的耐疲劳性能和耐磨性能，更具体地讲，由于口模长期在1000-600℃之间承受着温度交替的影响，因此要求其材质具有较强的抗氧化性能以及高温抗蠕变性能。特别是随着玻璃容器制造机械的速度不断提高，对口模的这种性能也日益严苛，以玻璃容器制造机械的机速8次/min为例，那么口模对玻璃容器雏形的口部成型的时间约为3-8S左右。

将口模本体的材料采用铜合金而藉以保障良好的热传递效果并且将填充到口模本体的内腔内的材料采用镍基合金而藉以保障耐高温、抗氧化和抗蠕变性能是目前业界的共识。

已有技术通常采用等离子喷焊方式将镍基合金材料结合到口模本体的内腔，即在内腔形成镍基合金层，但是喷焊工艺存在以下缺憾：其一，由于等离子喷焊工艺要求严苛和技术难度较大，因此喷焊质量难以保证。例如在使用过程出现喷焊层、母材开裂、焊层气孔等是司空见惯的，同时由于等离子弧温度高，焊接的热影响区相对较大，热影响区组织性能较差，往往成为失效的根源；其二，喷焊作业人员劳动强度大，且等离子弧辐射大，对人体存在较大的伤害；其三，由于需要投入专用的喷焊设备并且需要具有熟练技能者操作，因而不仅增加设备投资而导致模具成本显著增大，而且质量的一致性难以保障，因为纵使同一操作者，往往会因其情绪和/或精神状态的不同或称变化而产生不同的喷焊质量；其四，由于喷焊到内腔中的镍基合金层因其自身有失致密而出现不均匀、焊斑、气孔和裂纹等，从而使母材与镍基合金不能获得很好的连续性，其中的缺陷往往会成为口模疲劳失效的疲劳源而导致失效，不能使口模的使用寿命达到令人期望的程度。

中国专利授权公告号CN102775047B推荐有“玻璃模具的双金属口模及其制备方法”，该专利介绍了将由铸造方法获得的镍基合金镶块与铜合金母材（专利称“口模基体”，以下同）的结合制作口模，镍基合金与铜合金母材的结合主要通过镍基合金种的三组卯榫来体现。虽然在浇注过程种铜合金母材与镍基合金镶块之间也能够产生一定的冶金结合，但是这种冶金结合的程度往往取决于镍基合金与母材直接的温度，于是在该专利教导的浇注条件下，不同批次镍基合金与母材的之间的预热温度以及浇注温度并不能完全做到一致，因而在实际的生产过程中，镍基合金与铜合金母材结合处会频繁出现缝隙，虽然可以进行人为的补焊（修补），但是在补焊处因补焊材料与基体以及与母材的内在组织之间存在较大差异，往往会成为最终导致口模疲劳失效的源头。其次，由于前述专利所述的铸造方法通过卯榫结合，因而在镍基合金一侧需要额外增加三处镍基材质的榫头，而镍基合金的价格十分昂贵，不利于对口模生产成本的控制。

鉴于上述已有技术存在的弊端，本申请人作了长期而有益的尝试，终于找到了解决问题办法并且形成了下面将要介绍的技术方案。

发明内容

本发明的任务在于提供一种有助于摒弃等离子喷焊或镶铸的作业方式而将镍基合金块与铜合金基体内腔可靠结合避免出现开裂之类的缺陷而得以使镍基合金块的耐高温、抗氧化、抗蠕变、抵抗瞬时热冲击以及耐磨性能得到全面体现并且有利于保障作为口模基体的铜合金基体得以快速地将热量向外界传递扩散而得以满足玻璃机械成型机的高机速要求并且确保使用寿命的玻璃模具双金属口模。

本发明的另一任务在于提供一种玻璃模具双金属口模的制备方法，由该方法能以扩散焊接的方式将镍基合金块与铜合金基体可靠地无缝结合而得以保障镍基合金块及铜合金基体各自的优势充分体现，并且该方法有助于提高制造效率而得以满足工业化放大生产要求，有利于降低工人的操作强度、有益于避免受人为操作因素影响而得以保障质量，有便于节约贵金属材料，以及能使得到的玻璃模具双金属口模全面体现所述的技术效果。

本发明的任务是这样来完成的，一种玻璃模具双金属口模，包括铜合金基体和结合于铜合金基体的内腔内的镍基合金块，特征在于所述的镍基合金块以独立的部件通过扩散焊接结合于所述铜合金基体的内腔内并且以冶金结合方式与铜合金基体构成一体结构，所述铜合金基体的化学元素组成及其质量%为：8-10%的铝，7.5-9.5%的锌，14-16%的镍，＜0.1%的硅，＜0.1%的锰，＜1.5%的铁，其余为铜；所述镍基合金块的化学元素组成及其质量%为：＜0.22%的碳，2.5-3.5%的硅，＜0.5%的铬，＜0.2%的铜，＜0.5%的钒，1.5-2%的硼，≤1%的铁，其余为镍。

在本发明的一个具体的实施例中，所述的镍基合金块朝向所述内腔一侧的表面粗糙度为Ra≤0.3μm。

本发明的另一任务是这样来完成的，一种玻璃模具双金属口模的制备方法，包括以下步骤：

A)前置准备，用清洗溶剂对铜合金基体以及镍基合金块的表面进行清洗并烘干，得到清洁的铜合金基体和清洁的镍基合金块；

B)扩散焊接，先将步骤A）得到的清洁的铜合金基体以及清洁的镍基合金块引入一舱室内，并且将镍基合金块朝向铜合金基体的内腔一侧的镍基合金块外圆面与所述内腔的表面贴触，接着对所述舱室抽真空以及加热，同时以扩散焊接方式由加压装置对镍基合金块的镍基合金块腔施加朝向内腔方向的压力并且保压，使镍基合金块以独立的部件通过所述扩散焊接方式结合于所述铜合金基体的内腔并且以冶金结合方式与铜合金基体构成一体结构，经冷却后得到玻璃模具双金属口模，所述铜合金基体的化学元素及其质量%为：8-10%的铝，7.5-9.5%的锌，14-16%的镍，＜0.1%的硅，＜0.1%的锰，＜1.5%的铁，其余为铜；所述镍基合金块2的化学元素组成及其质量%为：＜0.22%的碳，2.5-3.5%的硅，＜0.5%的铬，＜0.2%的铜，＜0.5%的钒，1.5-2%的硼，≤1%的铁，其余为镍。

在本发明的一个具体的实施例中，步骤A）中所述的清洗溶剂为丙酮，所述的清洗为超声波清洗。

在本发明的另一个具体的实施例中，步骤B）中所述的对舱室抽真空是将舱室抽真空至100-200Pa。

在本发明的又一个具体的实施例中，步骤B）中所述加热的加热温度为600-900℃。

在本发明的再一个具体的实施例中，步骤B）中所述的加压装置为液压油缸。

在本发明的还有一个具体的实施例中，步骤B）中所述的对所述镍基合金块的镍基合金块腔施加朝向所述内腔方向的压力的压力值为5-30MPa，所述保压的时间为10-230min。

在本发明的更而一个具体的实施例中，步骤A）和步骤B）中所述的铜合金基体以及镍基合金块由自制方式或者以外协件方式得到。

本发明提供的技术方案的技术效果在于：由于摒弃了已有技术中依赖等离子喷焊或镶铸的作业方式而开创性地利用扩散焊接将镍基合金块结合于铜合金基体的内腔并且以冶金结合方式与铜合金基体构成一体结构，因而镍基合金块能可靠地与铜合金基体持久结合，不会出现开裂之类的情形，得以使镍基合金块的耐高温、抗氧化、抗蠕变、抵抗瞬间时热冲击以及耐磨性能得到全面体现，同时有利于保障铜合金基体快速将热量向外界传递扩散而得以满足玻璃机械成型机的高机速要求；由于提供的制备方法能以扩散焊接方式将镍基合金块与铜合金基体可靠地无缝结合，从而得以保障铜合金基体以及镍基合金块各自的优势充分体现，此外，提供的制备方法具有效率高而得以满足工业化放大生产要求，有利于降低工人的操作强度，有益于避免受人为操作因素影响而得以保障质量，有利于节省贵金属材料。

附图说明

图1为本发明玻璃模具双金属口模的截面示意图。

图2为图1所示的镍基合金块的端面示意图。

图3为本发明的玻璃模具双金属口模的制备过程示意图。

具体实施方式

实施例1：

请参见图1至图3，制备图1所示结构的玻璃模具双金属口模包括以下步骤：

A)前置准备，用丙酮对由玻璃模具生产厂商以自主生产的即自行制备的铜合金基体1以及镍基合金块2采用超声波清洗方式清洗，清洗结束后引入烘燥装置如烘箱烘干，得到清洁的铜合金基体1以及清洁的镍基合金块2；

B)扩散焊接，先将步骤A）得到的清洁的铜合金基体1以及清洁的镍基合金块2引入由图3所示的密闭的舱室3内，并且将镍基合金块2朝向铜合金基体1的内腔11一侧的镍基合金块外圆面21与前述内腔11的表面良好贴触（也可称贴合），该镍基合金块外圆面21的表面粗糙度为Ra≤0.3μm，接着对前述舱室抽真空至200Pa以及加热至600℃，同时以扩散焊接方式由加压装置如液压油缸的油缸柱4对镍基合金块2的镍基合金块腔22施加朝向由图3中箭头所示方向即施加朝向内腔11方向的压力30MPa并且保压即在30MPa的状态下维持10min，使镍基合金块2以独立的部件通过前述扩散焊接方式结合于前述铜合金基体1的内腔11并且以冶金结合方式与铜合金基体1构成一体结构，经冷却后得到玻璃模具双金属口模，所述铜合金基体1的化学元素及其质量%为：10%的铝，7.5%的锌，15%的镍，0.1%的硅，0.08%的锰，1.2%的铁，其余为铜；所述镍基合金块2的化学元素组成及其质量%为：0.22%的碳，3.5%的硅，0.4%的铬，0.2%的铜，0.3%的钒，1.5%的硼，1%的铁，其余为镍。

实施例2：

请参见图1至图3，制备图1所示结构的玻璃模具双金属口模包括以下步骤：

A)前置准备，用丙酮对由玻璃模具生产厂商以作为外协件方式购入的铜合金基体1以及镍基合金块2采用超声波清洗方式清洗，清洗结束后引入烘燥装置如烘箱烘干，得到清洁的铜合金基体1以及清洁的镍基合金块2；

B)扩散焊接，先将步骤A）得到的清洁的铜合金基体1以及清洁的镍基合金块2引入由图3所示的密闭的舱室3内，并且将镍基合金块2朝向铜合金基体1的内腔11一侧的镍基合金块外圆面21与前述内腔11的表面良好贴触（也可称贴合），该镍基合金块外圆面21的表面粗糙度为Ra≤0.3μm，接着对前述舱室抽真空至100Pa以及加热至900℃，同时以扩散焊接方式由加压装置如液压油缸的油缸柱4对镍基合金块2的镍基合金块腔22施加朝向由图3中箭头所示方向即施加朝向内腔11方向的压力5MPa并且保压即在5MPa的状态下维持30min，使镍基合金块2以独立的部件通过前述扩散焊接方式结合于前述铜合金基体1的内腔11并且以冶金结合方式与铜合金基体1构成一体结构，经冷却后得到玻璃模具双金属口模，所述铜合金基体1的化学元素及其质量%为：9%的铝，8.5%的锌，16%的镍，0.07%的硅，0.06%的锰，1.1%的铁，其余为铜；所述镍基合金块2的化学元素组成及其质量%为：0.18%的碳，2.5%的硅，0.5%的铬，0.1%的铜，0.4%的钒，1.8%的硼，0.7%的铁，其余为镍。

实施例3：

请参见图1至图3，制备图1所示结构的玻璃模具双金属口模包括以下步骤：

A)前置准备，用丙酮对由玻璃模具生产厂商以自主生产的即自行制备的铜合金基体1以及镍基合金块2采用超声波清洗方式清洗，清洗结束后引入烘燥装置如烘箱烘干，得到清洁的铜合金基体1以及清洁的镍基合金块2；

B)扩散焊接，先将步骤A）得到的清洁的铜合金基体1以及清洁的镍基合金块2引入由图3所示的密闭的舱室3内，并且将镍基合金块2朝向铜合金基体1的内腔11一侧的镍基合金块外圆面21与前述内腔11的表面良好贴触（也可称贴合），该镍基合金块外圆面21的表面粗糙度为Ra≤0.3μm，接着对前述舱室抽真空至150Pa以及加热至750℃，同时以扩散焊接方式由加压装置如液压油缸的油缸柱4对镍基合金块2的镍基合金块腔22施加朝向由图3中箭头所示方向即施加朝向内腔11方向的压力16MPa并且保压即在16MPa的状态下维持20min，使镍基合金块2以独立的部件通过前述扩散焊接方式结合于前述铜合金基体1的内腔11并且以冶金结合方式与铜合金基体1构成一体结构，经冷却后得到玻璃模具双金属口模，所述铜合金基体1的化学元素及其质量%为：8%的铝，9.5%的锌，14%的镍，0.05%的硅，0.04%的锰，1.3%的铁，其余为铜；所述镍基合金块2的化学元素组成及其质量%为：0.16%的碳，3%的硅，0.45%的铬，0.15%的铜，0.5%的钒，2%的硼，0.9%的铁，其余为镍。

在上述实施例1至3中，为了使舱室3与铜合金基体1相接触的舱壁得以抵抗液压油缸的压力，因而需使前述舱壁具有足够的刚度（强度）。上述将镍基合金块2与铜合金基体1扩散焊接而构成一体结构的机理是：在高温高压作用下，相互接触的表面发生局部塑变形，经一定时间后结合层原了间相互扩散形成整体的连接。扩散焊接有以下阶段：第一阶段为物理接触阶段，被连接表面在压力和温度作用下，总有一些点首先达到塑性变形，在持续压力作用下，接触面逐渐扩大，最终达到整个面的接触；第二阶段是接触界面原子间的相互扩散，形成牢固的无隙结合层；第三个阶段是在接触部分形成的合层逐渐向体积方向发懈，形成可靠的连接部。

综上所述，本发明提供的技术方案弥补了已有技术中的缺憾，顺利地完成了发明任务，如实地兑现了申请人在上面的技术效果栏中载述的技术效果。

Claims (9)

1.一种玻璃模具双金属口模，包括铜合金基体(1)和结合于铜合金基体(1)的内腔(11)内的镍基合金块(2)，其特征在于所述的镍基合金块(2)以独立的部件通过扩散焊接结合于所述铜合金基体(1)的内腔(11)内并且以冶金结合方式与铜合金基体(1)构成一体结构，所述铜合金基体(1)的化学元素组成及其质量%为：8-10%的铝，7.5-9.5%的锌，14-16%的镍，＜0.1%的硅，＜0.1%的锰，＜1.5%的铁，其余为铜；所述镍基合金块2的化学元素组成及其质量%为：＜0.22%的碳，2.5-3.5%的硅，＜0.5%的铬，＜0.2%的铜，＜0.5%的钒，1.5-2%的硼，≤1%的铁，其余为镍。

2.根据权利要求1所述的玻璃模具双金属口模，其特征在于所述的镍基合金块(2)朝向所述内腔(11)一侧的表面粗糙度为Ra≤0.3μm。

3.一种如权利要求1所述的玻璃模具双金属口模的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

A)前置准备，用清洗溶剂对铜合金基体(1)以及镍基合金块(2)的表面进行清洗并烘干，得到清洁的铜合金基体(1)和清洁的镍基合金块(2)；

B)扩散焊接，先将步骤A）得到的清洁的铜合金基体(1)以及清洁的镍基合金块(2)引入一舱室(3)内，并且将镍基合金块(2)朝向铜合金基体(1)的内腔(11)一侧的镍基合金块外圆面(21)与所述内腔(11)的表面贴触，接着对所述舱室(3)抽真空以及加热，同时以扩散焊接方式由加压装置对镍基合金块(2)的镍基合金块腔(22)施加朝向内腔(11)方向的压力并且保压，使镍基合金块(2)以独立的部件通过所述扩散焊接方式结合于所述铜合金基体(1)的内腔(11)并且以冶金结合方式与铜合金基体(1)构成一体结构，经冷却后得到玻璃模具双金属口模，所述铜合金基体(1)的化学元素及其质量%为：8-10%的铝，7.5-9.5%的锌，14-16%的镍，＜0.1%的硅，＜0.1%的锰，＜1.5%的铁，其余为铜；所述镍基合金块2的化学元素组成及其质量%为：＜0.22%的碳，2.5-3.5%的硅，＜0.5%的铬，＜0.2%的铜，＜0.5%的钒，1.5-2%的硼，≤1%的铁，其余为镍。

4.根据权利要求3所述的玻璃模具双金属口模的制备方法，其特征在于步骤A）中所述的清洗溶剂为丙酮，所述的清洗为超声波清洗。

5.根据权利要求3所述的玻璃模具双金属口模的制备方法，其特征在于步骤B）中所述的对舱室3抽真空是将舱室3抽真空至100-200Pa。

6.根据权利要求3所述的玻璃模具双金属口模的制备方法，其特征在于步骤B）中所述加热的加热温度为600-900℃。

7.根据权利要求3所述的玻璃模具双金属口模的制备方法，其特征在于步骤B）中所述的加压装置为液压油缸。

8.根据权利要求3所述的玻璃模具双金属口模的制备方法，其特征在于步骤B）中所述的对所述镍基合金块(2)的镍基合金块腔(22)施加朝向所述内腔(11)方向的压力的压力值为5-30MPa，所述保压的时间为10-230min。

9.根据权利要求3所述的玻璃模具双金属口模的制备方法，其特征在于步骤A）和步骤B）中所述的铜合金基体(1)以及镍基合金块(2)由自制方式或者以外协件方式得到。