CN111893421A - 耐磨损模具表面纳米晶体图层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了耐磨损模具表面纳米晶体图层及其制备方法,耐磨损模具表面纳米晶体图层由TiN晶体相为底层、TiCN晶体相+TiC晶体相为过渡层和Al2O3晶体相为耐磨层组成,其中TiCN晶体分散在TiC晶体相中,TiN晶体相与TiCN晶体相+TiC晶体相键合,TiCN晶体相+TiC晶体相与Al2O3晶体相键合,本发明耐磨层采用α‑Al2O3晶体相为面层材料,具备高度耐磨损效果,延长模具寿命,使得在模具加工时,可以达到高质量的表面光洁度,减小铝材在模具成型流动过程中的阻力,减小摩擦,避免模具磨损;而且由于摩擦减小,使得材料成型一致,避免了造成材料局部断流,断筋现象的情况出现。
Description
技术领域
本发明属于模具加工技术领域,具体涉及耐磨损模具表面纳米晶体图层及其制备方法。
背景技术
模具(mú jù),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。素有"工业之母"的称号。
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,模具生产的发展水平是机械制造水平的重要标志之一。
硬质合金材料由于材料本身特性,造成加工困难,目前都采用放电形式(线切割、电火花等),其加工形式很难达到高质量的表面光洁度,这样铝材在模具成型流动过程中会增加阻力,加大摩擦,更容易使模具磨损;而且由于摩擦加大,会使材料成型不一致,甚至会造成材料局部断流,出现断筋现象,为此,提出耐磨损模具表面纳米晶体图层及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供耐磨损模具表面纳米晶体图层及其制备方法,以解决上述背景技术中提出的模具不耐磨损的问题。
为实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:耐磨损模具表面纳米晶体图层,由TiN晶体相为底层、TiCN晶体相+TiC晶体相为过渡层和Al2O3晶体相为耐磨层组成,其中TiCN晶体分散在TiC晶体相中,TiN晶体相与TiCN晶体相+TiC晶体相键合,TiCN晶体相+TiC晶体相与Al2O3晶体相键合;
所述底层的厚度为2-3um;
所述过渡层的厚度为6-7um;
所述耐磨层的厚度为3-5um。
优选的:所述纳米晶体图层的总厚度为12-15um。
优选的:所述底层位于贴近模具表面的一侧,所述过渡层位于底层和耐磨层之间。
优选的:所述TiN晶体相的粒度范围为75-150nm,所述TiCN晶体相的粒度范围为80-140nm,所述TiC晶体相的粒度范围为120-200nm,所述Al2O3晶体相的粒度范围为16-24nm。
优选的:所述Al2O3晶体相优选为α-Al2O3晶体相。
本发明还提供了耐磨损模具表面纳米晶体图层的制备方法,包括以下步骤:
S1、对模具表面进行预处理:包括除油、除湿和喷砂毛化;
S2、喷涂底层:通过等离子机将TiN晶体相喷涂在模具表面形成一定厚度的底层;
S3、喷涂过渡层:通过等离子机将TiCN晶体相+TiC晶体相喷涂在底层上,形成一定厚度的过渡层;
S4、喷涂耐磨层:通过等离子机将Al2O3晶体相喷涂在过渡层,形成模具表面的耐磨损纳米晶体图层。
优选的:在S2中,等离子机的工艺参数为电流500-700A、电压30-42V、喷涂距离80-130mm、供粉速度18-24g/min。
优选的:在S3中,等离子机的工艺参数为电流550-650A、电压30-42V、喷涂距离80-130mm、供粉速度26-35g/min。
优选的:在S4中,等离子机的工艺参数为电流500-650A、电压30-42V、喷涂距离80-130mm、供粉速度22-26g/min。
本发明的技术效果和优点:本发明提出的耐磨损模具表面纳米晶体图层及其制备方法,与现有技术相比,具有以下优点:
一、本发明以TiN晶体相为底层、TiCN晶体相+TiC晶体相为过渡层和Al2O3晶体相为耐磨层组成的耐磨损纳米晶体图层,其显微硬度标准达到HV3200-3500,完全符合在模具生产过程中所需硬度;
二、本发明耐磨层采用α-Al2O3晶体相为面层材料,具备高度耐磨损效果,延长模具寿命,使得在模具加工时,可以达到高质量的表面光洁度,减小铝材在模具成型流动过程中的阻力,减小摩擦,避免模具磨损;而且由于摩擦减小,使得材料成型一致,避免了造成材料局部断流,断筋现象的情况出现。
附图说明
图1为本发明耐磨损纳米晶体图层的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明提供了如图1所示的耐磨损模具表面纳米晶体图层,由TiN晶体相为底层、TiCN晶体相+TiC晶体相为过渡层和Al2O3晶体相为耐磨层组成,其中TiCN晶体分散在TiC晶体相中,TiN晶体相与TiCN晶体相+TiC晶体相键合,TiCN晶体相+TiC晶体相与Al2O3晶体相键合;
底层的厚度为2um;
过渡层的厚度为7um;
耐磨层的厚度为3um。
本实施例中,具体的:纳米晶体图层的总厚度为12um。
本实施例中,具体的:底层位于贴近模具表面的一侧,过渡层位于底层和耐磨层之间。
本实施例中,具体的:TiN晶体相的粒度范围为75nm,TiCN晶体相的粒度范围为80nm,TiC晶体相的粒度范围为120nm,Al2O3晶体相的粒度范围为16nm。
本实施例中,具体的:Al2O3晶体相优选为α-Al2O3晶体相。
本发明还提供了耐磨损模具表面纳米晶体图层的制备方法,包括以下步骤:
S1、对模具表面进行预处理:包括除油、除湿和喷砂毛化;
S2、喷涂底层:通过等离子机将TiN晶体相喷涂在模具表面形成一定厚度的底层;
S3、喷涂过渡层:通过等离子机将TiCN晶体相+TiC晶体相喷涂在底层上,形成一定厚度的过渡层;
S4、喷涂耐磨层:通过等离子机将Al2O3晶体相喷涂在过渡层,形成模具表面的耐磨损纳米晶体图层。
本实施例中,具体的:在S2中,等离子机的工艺参数为电流500A、电压30V、喷涂距离80mm、供粉速度18g/min。
本实施例中,具体的:在S3中,等离子机的工艺参数为电流550A、电压30V、喷涂距离80mm、供粉速度26g/min。
本实施例中,具体的:在S4中,等离子机的工艺参数为电流500A、电压30V、喷涂距离80mm、供粉速度22g/min。
实施例二
本发明提供了如图1所示的耐磨损模具表面纳米晶体图层,与实施例一不同的是,由TiN晶体相为底层、TiCN晶体相+TiC晶体相为过渡层和Al2O3晶体相为耐磨层组成,其中TiCN晶体分散在TiC晶体相中,TiN晶体相与TiCN晶体相+TiC晶体相键合,TiCN晶体相+TiC晶体相与Al2O3晶体相键合;
底层的厚度为3um;
过渡层的厚度为6um;
耐磨层的厚度为4um。
本实施例中,具体的:纳米晶体图层的总厚度为13um。
本实施例中,具体的:TiN晶体相的粒度范围为105nm,TiCN晶体相的粒度范围为110nm,TiC晶体相的粒度范围为160nm,Al2O3晶体相的粒度范围为20nm。
耐磨损模具表面纳米晶体图层的制备方法,包括以下步骤:
S1、对模具表面进行预处理:包括除油、除湿和喷砂毛化;
S2、喷涂底层:通过等离子机将TiN晶体相喷涂在模具表面形成一定厚度的底层,等离子机的工艺参数为电流600A、电压36V、喷涂距离110mm、供粉速度20g/min;
S3、喷涂过渡层:通过等离子机将TiCN晶体相+TiC晶体相喷涂在底层上,形成一定厚度的过渡层,等离子机的工艺参数为电流600A、电压36V、喷涂距离100mm、供粉速度30g/min;
S4、喷涂耐磨层:通过等离子机将Al2O3晶体相喷涂在过渡层,形成模具表面的耐磨损纳米晶体图层,等离子机的工艺参数为电流580A、电压36V、喷涂距离110mm、供粉速度24g/min。
实施例三
本发明提供了如图1所示的耐磨损模具表面纳米晶体图层,与实施例一不同的是,由TiN晶体相为底层、TiCN晶体相+TiC晶体相为过渡层和Al2O3晶体相为耐磨层组成,其中TiCN晶体分散在TiC晶体相中,TiN晶体相与TiCN晶体相+TiC晶体相键合,TiCN晶体相+TiC晶体相与Al2O3晶体相键合;
底层的厚度为3um;
过渡层的厚度为7um;
耐磨层的厚度为5um。
本实施例中,具体的:纳米晶体图层的总厚度为15um。
本实施例中,具体的:TiN晶体相的粒度范围为75-150nm,TiCN晶体相的粒度范围为140nm,TiC晶体相的粒度范围为200nm,Al2O3晶体相的粒度范围为24nm。
耐磨损模具表面纳米晶体图层的制备方法,包括以下步骤:
S1、对模具表面进行预处理:包括除油、除湿和喷砂毛化;
S2、喷涂底层:通过等离子机将TiN晶体相喷涂在模具表面形成一定厚度的底层,等离子机的工艺参数为电流700A、电压42V、喷涂距离130mm、供粉速度24g/min;
S3、喷涂过渡层:通过等离子机将TiCN晶体相+TiC晶体相喷涂在底层上,形成一定厚度的过渡层,等离子机的工艺参数为电流650A、电压42V、喷涂距离130mm、供粉速度35g/min;
S4、喷涂耐磨层:通过等离子机将Al2O3晶体相喷涂在过渡层,形成模具表面的耐磨损纳米晶体图层,等离子机的工艺参数为电流650A、电压42V、喷涂距离130mm、供粉速度26g/min。
实验数据
本发明还提供了针对实施例一、实施例二和实施例三所制备的耐磨损纳米晶体图层的检验数据,如表1所示:
表1耐磨损纳米晶体图层显微硬度表
底层(TiN晶体相)厚度 | 过渡层(TiCN晶体相+TiC晶体相)厚度 | 耐磨层(α-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>晶体相)厚度 | 显微硬度 | |
实施例一 | 2um | 7um | 3um | HV3200 |
实施例二 | 3um | 6um | 4um | HV3300 |
实施例三 | 3um | 7um | 5um | HV3500 |
由表1实验数据得知:通过采用本发明以TiN晶体相为底层、TiCN晶体相+TiC晶体相为过渡层和Al2O3晶体相为耐磨层组成的耐磨损纳米晶体图层,其显微硬度标准达到了HV3200-3500,完全符合在模具生产过程中所需硬度,同时,本发明耐磨层采用α-Al2O3晶体相为面层材料,具备高度耐磨损效果,延长模具寿命,使得在模具加工时,可以达到高质量的表面光洁度,减小铝材在模具成型流动过程中的阻力,减小摩擦,避免模具磨损;而且由于摩擦减小,使得材料成型一致,避免了造成材料局部断流,断筋现象的情况出现。
最后应说明的是: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,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,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 (9)
1.耐磨损模具表面纳米晶体图层,其特征在于:由TiN晶体相为底层、TiCN晶体相+TiC晶体相为过渡层和Al2O3晶体相为耐磨层组成,其中TiCN晶体分散在TiC晶体相中,TiN晶体相与TiCN晶体相+TiC晶体相键合,TiCN晶体相+TiC晶体相与Al2O3晶体相键合;
所述底层的厚度为2-3um;
所述过渡层的厚度为6-7um;
所述耐磨层的厚度为3-5um。
2.根据权利要求1所述的耐磨损模具表面纳米晶体图层,其特征在于:所述纳米晶体图层的总厚度为12-15um。
3.根据权利要求1所述的耐磨损模具表面纳米晶体图层,其特征在于:所述底层位于贴近模具表面的一侧,所述过渡层位于底层和耐磨层之间。
4.根据权利要求1所述的耐磨损模具表面纳米晶体图层,其特征在于:所述TiN晶体相的粒度范围为75-150nm,所述TiCN晶体相的粒度范围为80-140nm,所述TiC晶体相的粒度范围为120-200nm,所述Al2O3晶体相的粒度范围为16-24nm。
5.根据权利要求1所述的耐磨损模具表面纳米晶体图层,其特征在于:所述Al2O3晶体相优选为α-Al2O3晶体相。
6.耐磨损模具表面纳米晶体图层的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1、对模具表面进行预处理:包括除油、除湿和喷砂毛化;
S2、喷涂底层:通过等离子机将TiN晶体相喷涂在模具表面形成一定厚度的底层;
S3、喷涂过渡层:通过等离子机将TiCN晶体相+TiC晶体相喷涂在底层上,形成一定厚度的过渡层;
S4、喷涂耐磨层:通过等离子机将Al2O3晶体相喷涂在过渡层,形成模具表面的耐磨损纳米晶体图层。
7.根据权利要求6所述的耐磨损模具表面纳米晶体图层的制备方法,其特征在于:在S2中,等离子机的工艺参数为电流500-700A、电压30-42V、喷涂距离80-130mm、供粉速度18-24g/min。
8.根据权利要求6所述的耐磨损模具表面纳米晶体图层的制备方法,其特征在于:在S3中,等离子机的工艺参数为电流550-650A、电压30-42V、喷涂距离80-130mm、供粉速度26-35g/min。
9.根据权利要求6所述的耐磨损模具表面纳米晶体图层的制备方法,其特征在于:在S4中,等离子机的工艺参数为电流500-650A、电压30-42V、喷涂距离80-130mm、供粉速度22-26g/min。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20201106 |