專(zhuān)利名稱(chēng)：電弧噴涂方法制備的鎳基沖壓模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎳基沖壓模具，更具體的說(shuō)，涉及一種電弧噴涂方法制備的鎳基沖壓模具。
背景技術(shù)：
模具廣泛應(yīng)用于沖壓成型加工。對(duì)于沖壓成型的模具一般需要具有以下性能(1)高溫環(huán)境下，具有很好的鋼性、耐機(jī)械沖擊強(qiáng)度及高的硬度。(2)在反復(fù)以及快速加熱冷卻的熱沖擊下，模具不產(chǎn)生裂紋或變形。(3)高溫條件下，模具成型表面與成型金屬不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。(4)模具在高溫條件下不會(huì)發(fā)生高溫氧化現(xiàn)象。(5)加工性能好，易加工成高精度以及高表面光潔度的表面。傳統(tǒng)的用于澆注高熔點(diǎn)金屬或玻璃等物質(zhì)的模具大多采用不銹鋼或者鎳基耐熱合金鋼作為模具材料，但是這種模具容易發(fā)生高溫氧化，在反復(fù)的熱循環(huán)作用下，材料的內(nèi)部晶相結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，并且表面質(zhì)量也變差，從而容易導(dǎo)致模具失效。為了解決上述問(wèn)題，通常人們會(huì)想到使用硬質(zhì)的金屬氧化物陶瓷顆粒以及超硬的合金被用于制造模具。但是由于所述的材料硬度非常高，很難加工成所需的特定形狀。為了解決硬質(zhì)的金屬氧化物陶瓷顆粒難以加工制造模具的技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)的發(fā)明人應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)中已有的金屬電弧噴涂技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)中已有的間接制模技術(shù)，創(chuàng)造性地提出了一種電弧噴涂快速制模技術(shù)。它是以一個(gè)實(shí)物模型作為母模，以電弧為熱源，通過(guò)高速氣流將熔融狀態(tài)的金屬材料霧化，并使其噴射、沉積在母模表面上，形成一定厚度的致密的金屬基或陶瓷基涂層，即模具型殼。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種電弧噴涂制備鎳基沖壓模具的方法，該方法可以用來(lái)提高鎳基沖壓模具的耐高溫和耐磨性能，并且能夠顯著延長(zhǎng)該模具的使用壽命。本發(fā)明的另一個(gè)目的還在于提供一種由上述方法制備的鎳基沖壓模具。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明首先提供了一種電弧噴涂制備鎳基沖壓模具的方法， 其包括以下步驟(1)提供一快速原型、過(guò)渡模型或產(chǎn)品實(shí)物，作為母模；(2)母模表面進(jìn)行前處理；(3)電弧噴涂鎳基粉芯絲材，制備所述的鎳基沖壓模具殼體；(4)脫去母模以及后處理。其中，在步驟(1)中所述的母模為快速成型技術(shù)得到的塑料模具、石膏模具、木材模具，或者是陶瓷模具或者石墨模具。其中，在步驟O)中所述的前處理步驟包括施加脫模劑的步驟；所述的脫模劑可以是機(jī)械油、聚乙烯醇等。所述的脫模劑可以采用刷涂或噴霧或浸漬的方式施加于母模的
3外表面。其中，在步驟(3)中，所述的鎳基粉芯絲材具有粉芯層和外皮層，其中外皮層為鎳，所述的外皮層的質(zhì)量占絲材的20-35wt%，粉芯層的組成和含量分別為T(mén)iC: 10-15wt SiC :10-15wt Si3N4 :5_15wt BN :5_15wt %、Cr 粉8_22wt %、Mo 粉 10-22wt%,B余量的 Ni。其中，在步驟(3)中，電弧噴涂的工藝參數(shù)為工作電壓20_45V ；噴涂距離為 100-200mm ；空氣壓力為0. 4-0. 9MPa ；走絲電壓13_18V。根據(jù)需要，噴涂的厚度為2_20mm。其中優(yōu)選的所述的陶瓷顆粒(TiC/SiC/Si3N4/BN)的平均粒徑小于500um ；優(yōu)選的所述的陶瓷顆粒的平均粒徑小于50um;更優(yōu)選的，所述的陶瓷顆粒的粒徑為納米級(jí)，并且平均粒徑在10-50nm的范圍，最大陶瓷顆粒的粒徑不大于120nm。其中，在步驟中，包括一個(gè)退火處理的步驟，在真空環(huán)境或惰性氣體或還原氣體的條件下進(jìn)行退火處理，其中退火溫度為650-900度，退火保溫時(shí)間1-5個(gè)小時(shí)，升溫或者降溫速率為0. 5-5度/秒，以形成穩(wěn)定的含硬質(zhì)耐磨相的鎳基殼體。另外，為了進(jìn)一步改進(jìn)質(zhì)量，還可以在制備的殼體表面通過(guò)噴涂、氣相沉積等其它方法施加額外的涂層。本發(fā)明的另一方面，還提供一種通過(guò)電弧噴涂制備的鎳基沖壓模具，所述的鎳基沖壓模具通過(guò)在母模表面電弧噴涂鎳基粉芯絲材得到。其中，所述的鎳基粉芯絲材具有粉芯層和外皮層，其中外皮層為鎳，所述的外皮層的質(zhì)量占絲材的20-35wt %，粉芯層的組成和含量分別為T(mén)iC 10-15wt SiC 10-15wt%, Si3N4 :5-15wt%、BN :5-15wt%、Cr 粉8_22wt%、Mo 粉10_22wt%、B :3-8wt% 和余量的Ni。其中，電弧噴涂的工藝參數(shù)為電弧噴涂的工藝參數(shù)為工作電壓20_45V ；噴涂距離為100-200mm;空氣壓力為0.4-0.910^;走絲電壓13-18￥。根據(jù)需要，噴涂的厚度為 2-20mmo其中所述的陶瓷顆粒(TiC/SiC/Si3N4/BN)的平均粒徑小于500um ；優(yōu)選的所述的陶瓷顆粒的平均粒徑小于50um ；更優(yōu)選的，所述的陶瓷顆粒的粒徑為納米級(jí)，并且平均粒徑在10-50nm的范圍，最大陶瓷顆粒的粒徑不大于120nm。其中，在電弧噴涂后還包括一個(gè)退火處理的步驟，在真空環(huán)境或惰性氣體或還原氣體的條件下進(jìn)行退火處理，其中退火溫度為650-900度，退火保溫時(shí)間1-5個(gè)小時(shí)，升溫或者降溫速率為0. 5-5度/秒，以形成穩(wěn)定的含硬質(zhì)耐磨相的鎳基殼體。本發(fā)明的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)對(duì)于高硬度的材料基體，成功的解決了傳統(tǒng)的澆鑄或鍛造方法制備高硬度模具的技術(shù)難題；實(shí)際上具有上述組分的鎳基模具，通過(guò)傳統(tǒng)的澆鑄方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)；而通過(guò)鍛造的方法，其成本相當(dāng)之高，令實(shí)業(yè)界難以接受。(2)采用電弧噴涂方法，制備工藝流程簡(jiǎn)單，并且制備得到的模具表面質(zhì)量高。本發(fā)明的模具與現(xiàn)有技術(shù)中采用普通的澆鑄或鍛造的鎳基模具等相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)電弧噴涂可以在金屬基材上形成連續(xù)致密的涂層，這種涂層經(jīng)過(guò)高溫退火后具有金屬陶瓷的組織結(jié)構(gòu)和性能，并具備兼有不銹鋼的特征。
(2)同傳統(tǒng)硬質(zhì)合金相比，具有更高的硬度、紅硬性、耐磨性、耐磨損能力和高溫化學(xué)穩(wěn)定性，能夠耐1000度左右的高溫的反復(fù)循環(huán)。
具體實(shí)施例方式以下將通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出進(jìn)一步的說(shuō)明。申請(qǐng)人需要強(qiáng)調(diào)的是，以下實(shí)施例僅僅是為了詳細(xì)說(shuō)明發(fā)明的內(nèi)容的需要，而不能認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。 本發(fā)明要求保護(hù)的范圍，以權(quán)利要求書(shū)所限定的技術(shù)方案為準(zhǔn)。實(shí)施例1利用計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)繪制零件的CAD三維模型，依據(jù)RP技術(shù)，采用數(shù)控加工石膏模型的方法制備石膏母模；在石膏母模的表面涂刷聚乙烯醇溶液；在石膏母模的外表面電弧噴涂鎳基粉芯絲材，所述的粉芯絲材為外皮層為鎳，， 所述的外皮層的質(zhì)量占絲材的25wt%，粉芯層的組成和含量分別為T(mén)iC :10wt%, SiC 1 OwtSi3N4 :10wt%,BN :10wt%,Cr 粉:15wt%,Mo 粉:18wt%,B余量的 Ni。電弧噴涂的工藝參數(shù)為工作電壓30V ；噴涂距離為150mm ；空氣壓力為0. SMPa ；走絲電壓 15V。噴涂的厚度為5mm。去除石膏母模，對(duì)制得的鎳基殼體進(jìn)行退火處理。退火處理的工藝條件為，真空退火，退火溫度700度，退火時(shí)間4個(gè)小時(shí)。實(shí)施例2利用計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)繪制零件的CAD三維模型，依據(jù)RP技術(shù)，采用數(shù)控加工的方法制備樹(shù)脂母模；在樹(shù)脂母模的表面涂刷機(jī)械油；在樹(shù)脂母模的外表面電弧噴涂鎳基粉芯絲材，所述的粉芯絲材為外皮層為鎳， 所述的外皮層的質(zhì)量占絲材的30wt%，粉芯層的組成和含量分別為T(mén)iC:12Wt%、SiC 8wt%, Si3N4 :8wt%、BN :12wt%、Cr 粉15wt%、Mo 粉:18wt%,B :8wt%禾口余量的 Ni。其中，電弧噴涂的工藝參數(shù)為工作電壓30V;噴涂距離為180mm;空氣壓力為 0. 8MPa ；走絲電壓15V。噴涂的厚度為10_。去除樹(shù)脂母模，對(duì)制得的鎳基殼體進(jìn)行退火處理。退火處理的工藝條件為，真空退火，退火溫度800度，退火時(shí)間3個(gè)小時(shí)。實(shí)施例3利用計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)繪制零件的CAD三維模型，采用數(shù)控加工的方法制備木材母模；在木材母模的表面涂刷機(jī)械油；在木材母模的外表面電弧噴涂鎳基粉芯絲材，所述的粉芯絲材為所述的外皮層的質(zhì)量占絲材的35wt%，粉芯層的組成和含量分別為T(mén)iC:15wt%、SiC IOwt Si3N4 5wt%,BN :5wt%、Cr 粉:10wt%,Mo 粉:15wt%,B :5wt%禾口余量的 Ni。其中，電弧噴涂的工藝參數(shù)為工作電壓30V ；噴涂距離為200mm ；空氣壓力為 0. 9MPa ；走絲電壓16V。噴涂的厚度為10_。去除木材母模，對(duì)制得的鎳基殼體進(jìn)行退火處理。退火處理的工藝條件為，真空退火，退火溫度900度，退火時(shí)間3個(gè)小時(shí)。
權(quán)利要求
1.一種電弧噴涂制備鎳基沖壓模具的方法，其包括以下步驟(1)提供一快速原型、過(guò)渡模型或產(chǎn)品實(shí)物，作為母模；(2)母模表面進(jìn)行前處理；(3)電弧噴涂鎳基粉芯絲材，制備所述的鎳基沖壓模具殼體；(4)脫去母模以及后處理。
2.權(quán)利要求1所述的電弧噴涂制備鎳基沖壓模具的方法，其特征在所述的母模為塑料模具、石膏模具、木材模具、陶瓷模具或者石墨模具。
3.權(quán)利要求1所述的電弧噴涂制備鎳基沖壓模具的方法，所述的前處理步驟包括施加脫模劑的步驟；所述的脫模劑可以是機(jī)械油或者聚乙烯醇。
4.權(quán)利要求1所述的電弧噴涂制備鎳基沖壓模具的方法，所述的鎳基粉芯絲材具有粉芯層和外皮層，其中外皮層為鎳，所述的外皮層的質(zhì)量占絲材的20-35wt%，粉芯層的組成和含量分別為T(mén)iC :10-15wt%, SiC :10-15wt%, Si3N4 :5-15wt%, BN :5_15wt%、Cr 粉 8-22wt%,Mo 粉:10-22wt%,B余量的 Ni。
5.權(quán)利要求1所述的電弧噴涂制備鎳基沖壓模具的方法，電弧噴涂的工藝參數(shù)為工作電壓:20-45V ；噴涂距離為:100-200mm ；空氣壓力為0. 4-0. 9MPa ；走絲電壓13_18V。根據(jù)需要，噴涂的厚度為2-20mm。
6.權(quán)利要求4所述的電弧噴涂制備鎳基沖壓模具的方法，所述的TiC、Si3N4,SiC和BN 粒子的平均粒徑小于500um。
7.權(quán)利要求6所述的電弧噴涂制備鎳基沖壓模具的方法，所述的TiC、Si3N4、SiC和BN 粒子的平均粒徑在10-50nm的范圍，并且最大陶瓷顆粒的粒徑不大于120nm。
8.權(quán)利要求1所述的電弧噴涂制備鎳基沖壓模具的方法，步驟(4)包括一個(gè)退火處理的步驟，在真空環(huán)境或惰性氣體或還原氣體的條件下進(jìn)行退火處理。
9.權(quán)利要求1所述的電弧噴涂制備鎳基沖壓模具的方法，其中退火溫度為650-900度， 退火保溫時(shí)間1-5個(gè)小時(shí)，升溫或者降溫速率為0. 5-5度/秒。
10.一種鎳基沖壓模具，根據(jù)權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)的方法制備得到。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電弧噴涂制備沖壓模具的方法，其包括以下步驟提供一快速原型、過(guò)渡模型或產(chǎn)品實(shí)物，作為母模；母模表面進(jìn)行前處理；電弧噴涂粉芯絲材，制備所述的鎳基沖壓模具殼體；脫去母模以及后處理。采用本申請(qǐng)的模具制備方法成功避免了傳統(tǒng)的澆鑄或鍛造方法的技術(shù)難點(diǎn)，而采用本申請(qǐng)的制備方法，工藝流程簡(jiǎn)單，得到的模具表面質(zhì)量高。
文檔編號(hào)B21D37/20GK102242330SQ20111015037
公開(kāi)日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月7日
發(fā)明者鄭霞 申請(qǐng)人:昆山市瑞捷精密模具有限公司