CN116042045B - 等温热冲压涂料、其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种等温热冲压涂料、其制备方法及应用。该涂料按重量份数计包括5～10份的玻璃粉A、8～12份的六方氮化硼、5～8份的石墨、3～5份的硬脂酸锌、6～8份的二硫化钼、2～5份的氧化镁、10～15份的滑石粉、3～5份的高岭土、35～40份的乙二醇单正丙醚和5～10份的酚醛树脂；其中，按重量份数计，玻璃粉A包括15～20份的SiO2、5～10份的Al2O3、10～15份的B2O3、6～12份的K2O、5～10份的Na2O、5～10份的CaO和5～10份的MgO。本发明的涂料在等温热冲压过程中，能够起到防护、润滑、脱模三合一作用，大大提高模具的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及金属高温防护技术领域，具体而言，涉及一种用于等温热冲压涂料、其制备方法及应用。
背景技术
钛合金以其优异的性能，广泛应用于军用、民用领域，其中钛合金薄壁冲压件可应用于飞机发动机整流罩、电脑或手机壳体等。钛合金板材等温热冲压工艺在钛合金复杂板材热成型过程中逐渐得到了较为广泛的应用，等温热冲压可降低钛合金板材的变形抗力，解决了钛合金变形抗力较大、热加工温度范围较窄、成型困难的问题，使得形状复杂、变形程度较大的钛合金板材的高质量成型成为了可能。等温热冲压属于较为特殊的热冲压工艺，它是将冲压模具加热到与钛合金板材坯料相同的温度，通常在700℃以上，再进行冲压，主要用于钛合金复杂薄板的热成型。
但在钛合金板材等温热冲压工艺过程中，由于钛合金板材坯料和模具的加热温度都较高，通常在700℃以上，且板材坯料与模具接触面积较大，坯料和模具在高温下都会发生不同程度的氧化，坯料氧化皮在冲压时对表面造成压坑，同时钛合金的变形抗力较大，影响冲压成型后的表面质量，同时影响钛合金坯料的原材料利用，和模具的使用寿命。而且由于使用等温热冲压工艺的钛合金板材普遍体积较大且较薄，与模具的接触面积较大时，在热冲压时容易与模具发生粘连，严重影响冲压后板材的质量。在钛合金板材等温热冲压过程中，尚无可同时喷涂于钛合金板材坯料和热冲压模具的涂料，也尚无同时具有防护、润滑、脱模作用的涂料。
专利CN 103509641 A提供了一种六方氮化硼基滑板润滑剂及其制备方法，CN106010763A提供了一种热锻润滑剂及其制备方法与应用，CN 113372987 A提供了一种铝合金锻造脱模剂，CN 106010763 A提供了一种热锻润滑剂及其制备方法与应用，CN104560340 A提供了一种水性锻造脱模剂，CN 101638606 A提供了一种环保型金属锻造脱模剂。然而，上述专利技术以锻造脱模剂为主，涂料均是喷涂于模具表面，所提及的锻造工艺也非等温锻造，在金属热成形领域中多用于金属锻造，所起到的作用仅限于脱模。而对于应用于锻造、挤压工艺的玻璃防护润滑剂，若应用在钛合金板材等温热冲压工艺中，虽然可以起到防护、润滑作用，但在冲压后玻璃防护润滑剂容易粘附在钛合金冲压件和模具表面，并会造成钛合金板材和模具的部分粘连，影响钛合金板材的成型质量。同时，若黏附在模具上的玻璃防护润滑剂不及时清理，在之后的冲压过程中会在钛合金板材表面形成压坑，严重影响钛合金板材的成型质量。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种等温热冲压涂料、其制备方法及应用，以解决现有技术中等温热冲压板材表面质量差、模具寿命短的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种等温热冲压涂料，按重量份数计，涂料包括5～10份的玻璃粉A、8～12份的六方氮化硼、5～8份的石墨、3～5份的硬脂酸锌、6～8份的二硫化钼、2～5份的氧化镁、10～15份的滑石粉、3～5份的高岭土、35～40份的乙二醇单正丙醚和5～10份的酚醛树脂；其中，按重量份数计，玻璃粉A包括15～20份的SiO2、5～10份的Al2O3、10～15份的B2O3、6～12份的K2O、5～10份的Na2O、5～10份的CaO和5～10份的MgO。
进一步地，按重量份数计，涂料包括6～8份的玻璃粉A、9～11份的六方氮化硼、6～7份的石墨、4～5份的硬脂酸锌、6～7份的二硫化钼、2～3份的氧化镁、11～13份的滑石粉、3～5份的高岭土、35～37份的乙二醇单正丙醚和5～7份的酚醛树脂。
进一步地，按重量份数计，玻璃粉A包括15～18份的SiO2、6～9份的Al2O3、11～13份的B2O3、8～10份的K2O、6～8份的Na2O、6～8份的CaO和6～8份的MgO。
根据本发明的另一方面，提供了本发明的等温热冲压涂料的制备方法，将等温热冲压涂料各组分按比例称取后，进行球磨，陈腐，得到等温热冲压涂料。
进一步地，球磨过程中，球料比为(1～3):1，球磨转速为50～100rpm，球磨时间为12～48h；优选地，陈腐时间为1～3天。
根据本发明的另一方面，提供了一种等温热冲压方法，将本发明上述的等温热冲压涂料涂覆于板材坯料和模具表面，形成涂层，待涂层干燥后，将板材坯料和模具进行等温热冲压。
进一步地，板材为钛合金板材。
进一步地，等温热冲压过程中，加热温度为700～900℃，加热时间为10～30min。
进一步地，板材为TC4钛合金，加热温度为750℃，加热时间为20min，且按重量份数计，等温热冲压涂料由6份的玻璃粉A、10份的六方氮化硼、6份的石墨、5份的硬脂酸锌、8份的二硫化钼、3份的氧化镁、12份的滑石粉、5份的高岭土、35份的乙二醇单正丙醚和10份的酚醛树脂组成。
进一步地，涂料的涂覆厚度为0.1～0.2mm。
应用本发明的技术方案，在等温热冲压过程中，将本发明用于板材等温热冲压工艺的防护、润滑、脱模三合一涂料在加热前同时涂覆于板材坯料和模具表面，其一，在冲压时起到防护作用，可减少板材坯料和模具的高温氧化，避免坯料氧化皮在冲压时对表面造成压坑，影响表面质量，同时提高坯料的原材料利用率，延长模具的使用寿命；其二，在冲压时起到润滑作用，通过降低板材的变形抗力，提高板材冲压成型后的表面质量；其三，在冲压时起到脱模作用，减少热冲压时坯料与模具的粘连，使得坯料顺利冲压成型，既可以提高板材冲压后的表面质量，又可以提高模具的使用寿命。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
需要说明的是，本发明对等温热冲压涂料各组分的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
正如本发明背景技术中所述，现有技术中存在等温热冲压板材表面质量差、模具寿命短的问题。为了解决上述问题，在本发明一种典型的实施方式中，提供了一种等温热冲压涂料，按重量份数计，涂料包括5～10份的玻璃粉A、8～12份的六方氮化硼、5～8份的石墨、3～5份的硬脂酸锌、6～8份的二硫化钼、2～5份的氧化镁、10～15份的滑石粉、3～5份的高岭土、35～40份的乙二醇单正丙醚和5～10份的酚醛树脂；其中，按重量份数计，玻璃粉A包括15～20份的SiO2、5～10份的Al2O3、10～15份的B2O3、6～12份的K2O、5～10份的Na2O、5～10份的CaO和5～10份的MgO。
本发明涂料中的玻璃粉A的最主要作用是高温防护，也有一定的润滑和脱模的作用。玻璃粉A在等温热冲压过程中能够在相应的温度下熔融，形成致密、均匀、连续的玻璃膜层，隔绝O2等有害气体对板材坯料和模具的氧化腐蚀。六方氮化硼的迭层六角网络使包含其的涂料涂层具有优异的高温稳定性和优异的润滑性，还具有良好的耐腐蚀和电绝缘性，化学稳定性高且与金属不发生浸润，抗熔融金属液的侵蚀，使用寿命长。
石墨和滑石粉能够改善涂料的分散性能和机械性能，使涂料具有较好的流动性，改善涂料的可喷涂性；石墨和滑石粉也具有很好的润滑脱模性能，可在热冲压过程中起到很好的脱模作用，防止合金板材与模具粘连。硬脂酸锌具有极强的疏水性，可以改善涂料的疏水性能和致密性，同时加速涂层干燥，改善涂层表面状态。二硫化钼作为润滑剂能够进一步提高涂料的脱模性能。
氧化镁和酚醛树脂作为固化剂，可以减少涂料固化的时间，加快涂料的凝固速度，使涂料完成涂覆后，形成粘附牢固、具有一定强度、连续的固态涂料薄膜。高岭土在高温下也可稳定存在，可以作为无机填料在涂料中起骨架、填充的作用，提高涂料的附着力，增加涂料膜层厚度，调节涂料的流变性能，改善涂料膜层的机械强度。乙二醇单正丙醚作为溶剂能够将上述组分良好溶解。
在等温热冲压过程中，将本发明用于板材等温热冲压工艺的防护、润滑、脱模涂料在加热前同时涂覆于板材坯料和模具表面，通过各组分的协同作用，其一，在冲压时起到防护作用，可减少板材坯料和模具的高温氧化，避免坯料氧化皮在冲压时对表面造成压坑，影响表面质量，同时提高坯料的原材料利用率，延长模具的使用寿命；其二，在冲压时起到润滑作用，通过降低板材的变形抗力，提高板材冲压成型后的表面质量；其三，在冲压时起到脱模作用，减少热冲压时坯料与模具的粘连，使得坯料顺利冲压成型，既可以提高板材冲压后的表面质量，又可以提高模具的使用寿命。而且，本发明的涂料仅含有少量的石墨，在使用时对环境几乎不造成污染，更加绿色环保。
在一种优选的实施方式中，按重量份数计，涂料包括6～8份的玻璃粉A、9～11份的六方氮化硼、6～7份的石墨、4～5份的硬脂酸锌、6～7份的二硫化钼、2～3份的氧化镁、11～13份的滑石粉、3～5份的高岭土、35～37份的乙二醇单正丙醚和5～7份的酚醛树脂。通过对涂料进行上述组成优化，可以进一步减少板材坯料和模具的高温氧化，降低板材的变形抗力，减少热冲压时坯料与模具的粘连，从而进一步提高涂料的防护、润滑、脱模效果，更高效地提高等温热冲压板材表面质量，延长模具的使用寿命。
为了进一步减少板材坯料和模具的高温氧化对板材表面质量的不利影响，在一种优选的实施方式中，按重量份数计，玻璃粉A包括15～18份的SiO2、6～9份的Al2O3、11～13份的B2O3、8～10份的K2O、6～8份的Na2O、6～8份的CaO和6～8份的MgO，上述组成的玻璃粉A能够形成更加致密、均匀、连续的玻璃膜层，从而更好地隔绝O2等有害气体对板材坯料和模具的氧化腐蚀，进一步提高板材表面质量。
在本发明又一种典型的实施方式中，还提供了上述等温热冲压涂料的制备方法，将等温热冲压涂料各组分按比例称取后，进行球磨，陈腐，得到等温热冲压涂料。上述制备工艺简单，可实现大批量生产，并保持很好的产品一致性，同时成本较低。
出于在保证涂料防护、润滑、脱模效果的同时，进一步提高制备效率的目的，在一种优选的实施方式中，球磨过程中，球料比为(1～3):1，球磨转速为50～100rpm，球磨时间为12～48h；优选地，陈腐时间为1～3天。
在本发明又一种典型的实施方式中，还提供了一种等温热冲压方法，将本发明的等温热冲压涂料涂覆于板材坯料和模具表面，形成涂层，待涂层干燥后，将板材坯料和模具进行等温热冲压。本发明的涂料使用方法简便，易于操作，非常适合大工业化生产，在等温热冲压过程中，将其在加热前同时涂覆于板材坯料和模具表面，通过各组分的协同作用，能够在冲压时起到防护、润滑、脱模作用，从而提高板材冲压后的表面质量，并提高模具的使用寿命。
为进一步提高本发明的涂料和板材坯料的适配性，在一种优选的实施方式中，板材为钛合金板材。
在一种优选的实施方式中，等温热冲压过程中，加热温度为700～900℃，加热时间为10～30min，在此工艺条件下，能够在保证等温热冲压工艺效果的同时，充分发挥涂料作用。
最优选地，板材为TC4钛合金，加热温度为750℃，加热时间为20min，且按重量份数计，等温热冲压涂料由6份的玻璃粉A、10份的六方氮化硼、6份的石墨、5份的硬脂酸锌、8份的二硫化钼、3份的氧化镁、12份的滑石粉、5份的高岭土、35份的乙二醇单正丙醚和10份的酚醛树脂组成，上述坯料、工艺条件和涂料组成香菇协同作用下，涂料能够发挥最佳的防护、润滑、脱模效果。
在一种优选的实施方式中，涂料的涂覆厚度为0.1～0.2mm，从而可以在充分发挥涂料对板材坯料和模具的保护作用的同时，减少涂料用量，进一步降低成本。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
实施例1
TC4钛合金。
等温热冲压加热制度：750℃等温热冲压，加热时间20min，采用中频炉加热。
按要求制备了CRA-8涂料，其原材料配比详见表1，玻璃粉A配比详见表2。
将上述各组分按比例称取后放入球磨罐中，用辊试球磨机球磨，球料比2:1，球磨转速75转/min，球磨时间24h。球磨后将涂料倒出，陈腐2天后喷涂于钛合金板材坯料和模具表面，涂料的涂覆厚度为0.1～0.2mm，待涂层干燥后即可随之入炉加热。
经验证，涂层防护、润滑、脱模性能良好，钛合金板材热冲压后表面质量良好，且未与模具发生粘连。
实施例2
TC4钛合金。
等温热冲压加热制度：700℃等温热冲压，加热时间30min，采用中频炉加热。
涂料原材料配比详见表1，玻璃粉A配比详见表2。
将上述各组分按比例称取后放入球磨罐中，用辊试球磨机球磨，球料比1:1，球磨转速100转/min，球磨时间12h。球磨后将涂料倒出，陈腐2天后喷涂于钛合金板材坯料和模具表面，涂料的涂覆厚度为0.1～0.2mm，待涂层干燥后即可随之入炉加热。
经验证，涂层防护、润滑、脱模性能良好，钛合金板材热冲压后表面质量良好，且未与模具发生粘连。
实施例3
TC4钛合金。
等温热冲压加热制度：900℃等温热冲压，加热时间10min，采用中频炉加热。
涂料原材料配比详见表1，玻璃粉A配比详见表2。
将上述各组分按比例称取后放入球磨罐中，用辊试球磨机球磨，球料比3:1，球磨转速50转/min，球磨时间48h。球磨后将涂料倒出，陈腐2天后喷涂于钛合金板材坯料和模具表面，涂料的涂覆厚度为0.1～0.2mm，待涂层干燥后即可随之入炉加热。
经验证，涂层防护、润滑、脱模性能良好，钛合金板材热冲压后表面质量良好，且未与模具发生粘连。
实施例4
实施例4与实施例1的区别仅在于，玻璃粉A成分同实施例1，其他涂料组成不同，详见表1和表2。经验证，涂层防护、润滑、脱模性能良好，钛合金板材热冲压后表面质量良好，且未与模具发生粘连。
实施例5
实施例5与实施例1的区别仅在于，玻璃粉A成分同实施例1，其他涂料组成不同，详见表1和表2。经验证，涂层防护、润滑、脱模性能良好，钛合金板材热冲压后表面质量良好，且未与模具发生粘连。
实施例6
实施例6与实施例1的区别仅在于，玻璃粉A成分不同，其他涂料组成同实施例1，详见表1和表2。经验证，涂层防护、润滑、脱模性能良好，钛合金板材热冲压后表面质量良好，且未与模具发生粘连。
实施例7
实施例7与实施例1的区别仅在于，玻璃粉A成分不同，其他涂料组成同实施例1，详见表1和表2。经验证，涂层防护、润滑、脱模性能良好，钛合金板材热冲压后表面质量良好，且未与模具发生粘连。
对比例1
对比例1与实施例1的区别仅在于，涂料中不加玻璃粉A。经验证，涂层防护、润滑、脱模性能较差，钛合金板材热冲压后表面质量较差，且与模具发生粘连。
对比例2
对比例2与实施例1的区别仅在于，涂料中不加六方氮化硼。经验证，涂层防护、润滑、脱模性能较差，钛合金板材热冲压后表面质量较差，且与模具发生粘连。
表1
表2
| 玻璃粉A重量份 | SiO2 | Al2O3 | B2O3 | K2O | Na2O | CaO | MgO |
| 实施例1 | 17 | 8 | 12 | 9 | 8 | 8 | 8 |
| 实施例2 | 15 | 10 | 10 | 6 | 10 | 5 | 5 |
| 实施例3 | 20 | 5 | 15 | 12 | 5 | 10 | 10 |
| 实施例4 | 17 | 8 | 12 | 9 | 8 | 8 | 8 |
| 实施例5 | 17 | 8 | 12 | 9 | 8 | 8 | 8 |
| 实施例6 | 15 | 6 | 13 | 8 | 6 | 8 | 6 |
| 实施例7 | 18 | 9 | 11 | 10 | 8 | 6 | 8 |
由上可知，在等温热冲压过程中，与对比例相比，本发明各实施例将用于板材等温热冲压工艺的防护、润滑、脱模涂料在加热前同时涂覆于板材坯料和模具表面，其一，在冲压时起到防护作用，可减少板材坯料和模具的高温氧化，避免坯料氧化皮在冲压时对表面造成压坑，影响表面质量，同时提高坯料的原材料利用率，延长模具的使用寿命；其二，在冲压时起到润滑作用，通过降低板材的变形抗力，提高板材冲压成型后的表面质量；其三，在冲压时起到脱模作用，减少热冲压时坯料与模具的粘连，使得坯料顺利冲压成型，既可以提高板材冲压后的表面质量，又可以提高模具的使用寿命。
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)
1.一种等温热冲压涂料，其特征在于，按重量份数计，所述涂料包括5～10份的玻璃粉A、8～12份的六方氮化硼、5～8份的石墨、3～5份的硬脂酸锌、6～8份的二硫化钼、2～5份的氧化镁、10～15份的滑石粉、3～5份的高岭土、35～40份的乙二醇单正丙醚和5～10份的酚醛树脂；
其中，按重量份数计，所述玻璃粉A包括15～20份的SiO2、5～10份的Al2O3、10～15份的B2O3、6～12份的K2O、5～10份的Na2O、5～10份的CaO和5～10份的MgO。
2.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，按重量份数计，所述涂料包括6～8份的玻璃粉A、9～11份的六方氮化硼、6～7份的石墨、4～5份的硬脂酸锌、6～7份的二硫化钼、2～3份的氧化镁、11～13份的滑石粉、3～5份的高岭土、35～37份的乙二醇单正丙醚和5～7份的酚醛树脂。
3.根据权利要求1或2所述的涂料，其特征在于，按重量份数计，所述玻璃粉A包括15～18份的SiO2、6～9份的Al2O3、11～13份的B2O3、8～10份的K2O、6～8份的Na2O、6～8份的CaO和6～8份的MgO。
4.权利要求1至3中任一项所述的等温热冲压涂料的制备方法，其特征在于，
将所述等温热冲压涂料各组分按比例称取后，进行球磨，陈腐，得到所述等温热冲压涂料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述球磨过程中，球料比为(1～3):1，球磨转速为50～100rpm，球磨时间为12～48h；陈腐时间为1～3天。
6.一种等温热冲压方法，其特征在于，将权利要求1至5中任一项所述的等温热冲压涂料涂覆于板材坯料和模具表面，形成涂层，待所述涂层干燥后，将所述板材坯料和所述模具进行等温热冲压。
7.根据权利要求6所述的等温热冲压方法，其特征在于，所述板材为钛合金板材。
8.根据权利要求6或7所述的等温热冲压方法，其特征在于，所述等温热冲压过程中，加热温度为700～900℃，加热时间为10～30min。
9.根据权利要求6或7所述的等温热冲压方法，其特征在于，所述板材为TC4钛合金，加热温度为750℃，加热时间为20min，且按重量份数计，所述等温热冲压涂料由6份的玻璃粉A、10份的六方氮化硼、6份的石墨、5份的硬脂酸锌、8份的二硫化钼、3份的氧化镁、12份的滑石粉、5份的高岭土、35份的乙二醇单正丙醚和10份的酚醛树脂组成。
10.根据权利要求6或7所述的等温热冲压方法，其特征在于，所述涂料的涂覆厚度为0.1～0.2mm。
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