CN110903020A - 一种3d玻璃热弯机用均温板及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D玻璃热弯机用均温板及其制备方法和应用。该均温板的制备方法包括以下步骤：A、采用钨粉制备得到钨板坯；B、将所述钨板坯依次进行第一轧制、多次第二轧制和退火处理，得到钨板材，其中，所述钨板材的平均晶粒尺寸≤90微米，20℃下的HV10维氏硬度为400‑450N，密度≥19.1克/立方厘米；C、将所述钨板材进行机械加工和表面抗氧化涂层处理。将本发明的方法制备的均温板用于3D玻璃热弯成型时具有高导热性、高温硬度高、高温抗氧化性能好且使用寿命长的优点。

Description

一种3D玻璃热弯机用均温板及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于热弯成型领域，具体涉及一种3D玻璃热弯机用均温板及其制备方法和应用。
背景技术
热弯成型是3D玻璃生产过程中不可或缺的一道工序，该工序中，平板玻璃放入成型模具(一般是石墨模具)中在500℃-800℃温度下施加一定的压力而获得所需的形状，温度和压力由上、下均温板传递到成型模具，在该服役条件中，要求均温板材料具有高导热性、高温强度高、高温抗氧化性能好、高温硬度高等性能，以达到提高均温板使用寿命、玻璃产品的精度和良品率之目的。
目前均温板使用的材料主要是钨钢，其次是陶瓷。钨钢均温板高温下使用易变形、易氧化、易脱落，使用寿命短(1-4个月)，玻璃产品的精度低，良品率也低；陶瓷均温板易碎，易开裂，使用寿命一般不超过一个月。
发明内容
本发明针对现有的3D玻璃热弯机用均温板的使用寿命短，生产的3D产品精度低、良品率低的问题，提供一种3D玻璃热弯机用均温板及其制备方法和应用，采用本发明的方法制备的均温板用于3D玻璃热弯成型时，具有高导热性、高温硬度高、高温抗氧化性能好的优点，使用寿命可以达到6个月以上，在优选的情况下，使用寿命可以达到1年以上，解决了高温变形、氧化、开裂等问题。而且采用本发明的均温板生产的3D玻璃产品的精度高、良品率高。
本发明第一方面提供了一种3D玻璃热弯机用均温板的制备方法，包括以下步骤：
A、采用钨粉制备得到钨板坯；
B、将所述钨板坯依次进行第一轧制、多次第二轧制和退火处理，得到钨板材，其中，所述钨板材的平均晶粒尺寸≤90微米，20℃下的HV10维氏硬度为400N-450N，密度≥19.1克/立方厘米；
C、将所述钨板材进行机械加工和表面抗氧化涂层处理。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式，所述钨粉的钨含量≥90重量％，优选≥95重量％，更优选≥99.95重量％。根据本发明的方法，所述钨粉制备得到钨板坯的方法可以为本领域常规的烧结方法，具体的制备方法不限，以能够得到钨含量≥90重量％，优选≥95重量％，更优选≥99.95重量％的钨板坯为目的。在本发明中，钨粉的钨含量在本发明优选的范围内时，制得的均温板具有较长的使用寿命，而且在应用于制备3D产品过程中，能提高3D产品的精度和良品率。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式，所述钨板坯的厚度≥52毫米，优选地，所述钨板坯的厚度为52毫米-75毫米。例如52毫米、55毫米、60毫米、65毫米、70毫米、75毫米，以及它们之间的任意值。钨板坯的厚度在本发明优选的范围内时，制得的均温板具有较好的技术效果。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式，所述钨板坯的密度≥18.4克/立方厘米。例如18.4克/立方厘米、18.45克/立方厘米、18.48克/立方厘米、18.5克/立方厘米、18.7克/立方厘米、19克/立方厘米等。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式，所述钨板坯的平均晶粒尺寸20微米-30微米。例如20微米、22微米、24微米、26微米、28微米、30微米，以及它们之间的任意值。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式，所述第一轧制的条件包括：温度为1500℃-1580℃，保温时间为100分钟-150分钟。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式，所述多次为5次-15次，即第二轧制的次数为5次-15次。例如5次、6次、7次、8次、9次、10次、11次、12次、13次、14次、15次，轧制的次数可以根据钨板坯厚度、均温板的厚度，以及在保证每次变形量为15％-25％的条件下，进行选择。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式，每次第二轧制的条件包括：温度为1250℃-1500℃，变形量为15％-25％。在本发明中，术语“变形量”是指材料变形前与变形后形状变化大小的比较量。具体计算方法可以为：(每次轧制时的初始钨板坯厚度-轧制后的板坯的厚度)/初始钨板坯厚度。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式，所述退火处理的条件包括：温度为1260℃-1310℃，保温时间为50分钟-80分钟。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式，所述表面抗氧化涂层处理的方法为物理气相沉积法。具体地，所述物理气相沉积法可以为采用离子镀方法、磁控溅射技术或混合的离子镀和磁控溅射技术。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式，所述涂层处理的材料选自Cr元素、Ti元素、Al元素和N元素。优选地，所述涂层处理的材料为靶材。更优选地，所述涂层处理的材料为CrTiAlN靶材和/或CrAlN靶材。在本发明中，所述涂层处理的材料中，Cr元素、Ti元素、Al元素和N元素的含量具有较宽的选择范围，例如Cr元素的含量可以为5重量％-50重量％，Ti元素的含量可以为0重量％-50重量％、Al元素的含量可以为5重量％-50重量％，N元素的含量可以为5重量％-50重量％。在本发明中，CrTiAlN靶材和CrAlN靶材均可以通过商购获得。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式，步骤B中，所述钨板材的厚度为8毫米-20毫米，优选为9毫米-15毫米。例如9毫米、10毫米、11毫米、12毫米、13毫米、14毫米、15毫米，以及它们之间的任意值。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式，所述表面抗氧化涂层的厚度≥9微米，优选为9微米-15微米。例如例如9微米、10微米、11微米、12微米、13微米、14微米、15微米，以及它们之间的任意值。在本发明优选的钨板材的厚度和表面抗氧化涂层的厚度情况下，制备的均温板具有较好的效果，使用使命长。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式，所述机械加工包括依次进行切割、磨削、钻孔、磨或铣倒角、精磨和清洗。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式，所述切割的过程可以为：按图纸尺寸要求进行切割，长宽公差+0.5/+2，其中，+0.5为0.5mm下偏差，+2为2mm上偏差。根据本发明具体的实施方法，优选地切割成两块板材，即上均温板和下均温板。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式，所述磨削的过程可以为：按图纸尺寸要求进行粗磨，长宽尺寸达到图纸要求，厚度公差+0.3/+0.5，其中，+0.3为0.3mm下偏差，+0.5为0.5mm上偏差。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式，所述钻孔的过程可以为：按图纸尺寸要求进行台孔加工，根据板厚留+0.1/+0.5(其中，+0.1为0.1mm下偏差，+0.5为0.5mm上偏差)的精磨余量。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式，所述磨或铣倒角的过程可以为：按图纸尺寸要求进行磨或铣倒角加工。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式，所述精磨的过程可以为：按图纸尺寸要求进行大面精磨，确保工作面粗糙度Ra≤0.2微米，其余面Ra≤0.6微米。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式，所述清洗的过程可以为：在超声波清洗机中进行清洗。
本发明第二方面提供了由上述的方法制备得到的3D玻璃热弯机用均温板，该均温板包括钨板材和包覆在所述钨板材表面的抗氧化涂层。
根据本发明所述的均温板的一些实施方式，所述钨板材的厚度为8毫米-20毫米，优选为9毫米-15毫米。例如9毫米、10毫米、11毫米、12毫米、13毫米、14毫米、15毫米，以及它们之间的任意值。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式，所述表面抗氧化涂层的厚度≥9微米，优选为9微米-15微米。例如例如9微米、10微米、11微米、12微米、13微米、14微米、15微米，以及它们之间的任意值。在本发明优选的钨板材的厚度和表面抗氧化涂层的厚度情况下，制备的均温板具有较好的效果，使用使命长。
根据本发明所述的均温板的一些实施方式，所述涂层处理的材料包括Cr元素、Ti元素、Al元素和N元素。优选地，所述涂层处理的材料为靶材。更优选地，所述涂层处理的材料为CrTiAlN靶材和/或CrAlN靶材。在本发明中，所述涂层处理的材料中，Cr元素、Ti元素、Al元素和N元素的含量具有较宽的选择范围，例如Cr元素的含量可以为5重量％-50重量％，Ti元素的含量可以为0重量％-50重量％、Al元素的含量可以为5重量％-50重量％，N元素的含量可以为5重量％-50重量％。在本发明中，CrTiAlN靶材和CrAlN靶材均可以通过商购获得。
本发明第三方面提供了上述的3D玻璃热弯机用均温板和/或根据上述的方法制备的3D玻璃热弯机用均温板在热弯成型工艺中的应用。
根据本发明所述的应用的一些实施方式，采用两块均温板(即上均温板和下均温板)进行热弯成型。
采用本发明的方法制备的均温板，具有高导热性、高温硬度高、刚性好，使用寿命达到6个月以上，在优选的情况下使用寿命可以达到1年以上，解决了高温变形、氧化、开裂等问题。且生产的3D玻璃产品的精度高，良品率也高。
在本发明中，通过控制步骤B得到的钨板材的平均晶粒尺寸≤90微米，20℃下的HV10维氏硬度为400N-450N，密度≥19.1克/立方厘米，以及将该钨板材进行表面抗氧化涂层处理(优选涂层处理的材料为CrTiAlN靶材和/或CrAlN靶材)，从而得到的均温板具有高导热性、高温强度高、抗氧化性能好的优点，使用寿命达到6个月以上，在优选的情况下使用寿命可以达到1年以上，解决了现有的均温板容易出现高温变形、氧化、开裂等问题。此外采用本发明的均温板生产的3D玻璃产品的精度高，良品率高。
附图说明
图1为本发明实施例1的钨板坯的图片；
图2为本发明实施例1的钨板材的图片；
图3为本发明实施例1的机械加工过程中切割钨板材的图片；
图4为本发明实施例1的机械加工后的钨板材的图片；
图5为本发明实施例1的均温板(上均温板)的图片；
图6为本发明实施例2的均温板(上均温板)的图片；
图7为本发明实施例3的均温板(上均温板)的图片。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案以及优点更加容易理解，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下实施例中，涉及的测试方法如下：
1、平均晶粒尺寸的测试方法参照GB/T 6394-2017标准；
2、20℃下的HV10维氏硬度参照GB/T 4340.1-1999标准。
3、密度的测试方法参照GB/T 3850-2015标准。
4、粗糙度的测定方法为干涉法测量轮廓算术平均偏差Ra，参照GB/T 131-2006标准。
以下实施例中，
CrTiAlN靶材购自金刚材料纳米涂层技术(深圳)有限公司公司，牌号为CrTiAlN。
CrAlN靶材购自重庆德崇纳米科技有限公司公司，牌号为CrAlN。
【实施例1】
(1)采用钨含量为99.95重量％的钨粉制成厚度为55毫米，长度为200毫米，宽度为220毫米的钨板坯。钨板坯图片如图1所示。
(2)将步骤(1)的钨板坯在1550℃下保温120分钟轧制第一火次，然后在1400℃经10次轧制至长850毫米、宽240毫米、厚11.5毫米，道次(每次轧制)变形量20％，然后在1300℃退火60分钟，得到钨板材，经测量，该钨板材的平均晶粒尺寸为85微米，20℃下的维氏硬度HV10为431N，密度为19.12克/立方厘米。钨板材图片如图2所示。
(3)将步骤(2)得到的钨板材用线切割机将其长宽尺寸切割成115毫米长(公差+0.5/+2)×180毫米宽(公差+0.5/+2)和138毫米长(公差+0.5/+2)×200毫米宽(公差+0.5/+2)两种规格的小板，用于生产上均温板和下均温板，切割钨板材图片如图3所示；然后精磨侧面，粗磨大面，大面加工余量为厚度10毫米(公差+0.3至+0.5)，根据图纸铣台孔，精磨大面至成品尺寸，加工倒角，工作面抛光至粗糙度Ra≤0.2微米，超声波清洗，清洗后(机械加工后)的钨板材的图片如图4所示。采用物理气相沉积法进行表面涂层处理，涂层处理的材料为CrTiAlN靶材，得到上均温板和下均温板，上均温板和下均温板均包括钨板材和包覆在所述钨板材表面的抗氧化涂层，钨板材的厚度为10毫米，涂层厚度为10.8微米。其中，上均温板的图片如图5所示。
将该上均温板和下均温板应用于3D玻璃热弯成型，使用寿命超过1年。生产3D产品的精度高，良品率高。
【实施例2】
(1)采用钨含量为99.5重量％的钨粉制成厚度为54毫米，长度为220毫米，宽度为2180毫米的钨板坯，经测量，该钨板坯的密度为18.45克/立方厘米、平均晶粒尺寸26微米。
(2)将步骤(1)的钨板坯在1500℃下保温150分钟轧制第一火次，然后在1250℃经15次轧制至长720毫米、宽240毫米、厚12毫米，道次(每次轧制)变形量15％，然后在1260℃退火80分钟，得到钨板材，经测量，该钨板材的平均晶粒尺寸75微米，20℃下的维氏硬度HV10为425N，密度为19.15克/立方厘米。
(3)将步骤(2)得到的钨板材用线切割机将其长宽尺寸切割成140毫米长(公差+0.5/+2)×220毫米宽(公差+0.5/+2)和154毫米长(公差+0.5/+2)×220毫米宽(公差+0.5/+2)两种规格的小板，用于生产上均温板和下均温板；然后精磨侧面，粗磨大面，大面加工余量为厚度10毫米(公差+0.3至+0.5)，根据图纸铣台孔，精磨大面至成品尺寸，加工倒角，工作面抛光至粗糙度Ra≤0.2微米，超声波清洗。采用物理气相沉积法进行表面涂层处理，涂层处理的材料为CrAlN靶材，得到上均温板和下均温板，上均温板和下均温板均包括钨板材和包覆在所述钨板材表面的抗氧化涂层，钨板材的厚度为10毫米，涂层厚度为10.2微米。其中，上均温板的图片如图6所示。
将该上均温板和下均温板应用于3D玻璃热弯成型，使用寿命超过1年。生产3D产品的精度高，良品率高。
【实施例3】
(1)采用钨含量为99重量％的钨粉制成厚度为57毫米，长度为200毫米，宽度为180毫米的钨板坯，经测量，该钨板坯的密度为18.48克/立方厘米、平均晶粒尺寸25微米。
(2)将步骤(1)的钨板坯在1580℃下保温150分钟轧制第一火次，然后在1500℃经5次轧制至长540毫米、宽300毫米、厚12毫米，道次(每次轧制)变形量25％，然后在1310℃退火60分钟，得到钨板材，经测量，该钨板材的平均晶粒尺寸为82微米，20℃下的维氏硬度HV10为420N，密度为19.18克/立方厘米。
(3)将步骤(2)得到的钨板材用线切割机将其长宽尺寸切割成250毫米长(公差+0.5/+2)×415毫米宽(公差+0.5/+2)和280毫米长(公差+0.5/+2)×415毫米宽(公差+0.5/+2)两种规格的小板，用于生产上均温板和下均温板；然后精磨侧面，粗磨大面，大面加工余量为厚度12毫米(公差+0.3至+0.5)，根据图纸铣台孔，精磨大面至成品尺寸，加工倒角，工作面抛光至粗糙度Ra≤0.2微米，超声波清洗。采用物理气相沉积法进行表面涂层处理，涂层处理的材料为CrTiAlN靶材，得到上均温板和下均温板，上均温板和下均温板均包括钨板材和包覆在所述钨板材表面的抗氧化涂层，钨板材的厚度为12毫米，涂层厚度为9.8微米。其中，上均温板的图片如图7所示。
将该上均温板和下均温板应用于3D玻璃热弯成型，使用寿命超过1年。生产3D产品的精度高，良品率高。
【实施例4】
按照实施例1的方法，不同的是，采用物理气相沉积法进行表面涂层处理时，涂层厚度为6微米。
将该上均温板和下均温板应用于3D玻璃热弯成型，使用寿命为6个月。
【对比例1】
采用钨含量为99.95重量％的钨粉制成20mm厚×150mm长×220mm宽的钨板坯，用线切割机将其长宽尺寸切割成115毫米长(公差+0.5/+2)×180毫米宽(公差+0.5/+2)和138毫米长(公差+0.5/+2)×200毫米宽(公差+0.5/+2)两种规格的小板，用于生产上均温板和下均温板，然后精磨侧面，粗磨大面，大面加工余量为厚度10毫米(公差+0.3至+0.5)，根据图纸铣台孔，精磨大面至成品尺寸，加工倒角，工作面抛光至粗糙度Ra≤0.2微米，超声波清洗。采用物理气相沉积法进行表面涂层处理，涂层处理的材料为CrTiAlN靶材，涂层厚度为10.8微米，得到上均温板和下均温板。
将该上均温板和下均温板应用于3D玻璃热弯成型，使用寿命为4个月。生产3D产品的精度低，良品率低。
【对比例2】
按照实施例1的方法，不同的是，不进行表面抗氧化涂层处理。将该上均温板和下均温板应用于3D玻璃热弯成型，使用寿命为3个月。生产3D产品的精度低，良品率低。
从实施例1-4和对比例1-2可以看出，将本发明的方法制备的均温板用于3D玻璃热弯成型时，具有高导热性、高温硬度高、高温抗氧化性能好的优点，使用寿命达到6个月以上，在优选的情况下，使用寿命可以达到1年以上，解决了高温变形、氧化、开裂等问题。而且生产的3D玻璃产品的精度高，良品率也高。
以上所述的仅是本发明的优选实例。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，作为本领域的公知常识，还可以做出其它等同变型和改进，也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种3D玻璃热弯机用均温板的制备方法，包括以下步骤：
A、采用钨粉制备得到钨板坯；
B、将所述钨板坯依次进行第一轧制、多次第二轧制和退火处理，得到钨板材，其中，所述钨板材的平均晶粒尺寸≤90微米，20℃下的HV10维氏硬度为400N-450N，密度≥19.1克/立方厘米；
C、将所述钨板材进行机械加工和表面抗氧化涂层处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钨粉的钨含量≥90重量％，优选≥95重量％，更优选≥99.95重量％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述钨板坯的厚度≥52毫米，优选为52毫米-75毫米；和/或，所述钨板坯的密度≥18.4克/立方厘米；和/或，所述钨板坯的平均晶粒尺寸为20微米-30微米。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一轧制的条件包括：温度为1500℃-1580℃，保温时间为100分钟-150分钟。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，所述多次为5次-15次；
优选地，每次第二轧制的条件包括：温度为1250℃-1500℃，变形量为15％-25％。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述退火处理的条件包括：温度为1260℃-1310℃，保温时间为50分钟-80分钟。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其特征在于，所述表面抗氧化涂层处理的方法为物理气相沉积法；
优选地，所述涂层处理的材料选自Cr元素、Ti元素、Al元素和N元素；
优选地，所述涂层处理的材料为CrTiAlN靶材和/或CrAlN靶材。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法，其特征在于，所述钨板材的厚度为8毫米-20毫米；
优选地，所述表面抗氧化涂层的厚度≥9微米，优选为9微米-15微米。
9.由权利要求1-8中任意一项所述的方法制备得到的3D玻璃热弯机用均温板，该均温板包括钨板材和包覆在所述钨板材表面的抗氧化涂层。
10.权利要求9所述的3D玻璃热弯机用均温板和/或根据权利要求1-8中任意一项所述的方法制备的3D玻璃热弯机用均温板在热弯成型工艺中的应用。
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