專利名稱：一種具有耐高溫耐磨涂層的鋅合金模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬模具的制備方法，更具體的說，涉及一種具有耐高溫耐磨的模具的制備方法。
背景技術(shù)：
模具廣泛應(yīng)用于沖壓成型加工。對于沖壓成型的模具一般需要具有以下性能(I)高溫環(huán)境下，具有很好的鋼性、耐機械沖擊強度及高的硬度。(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。傳統(tǒng)模具用制造模具用鋅合金材料主要成分是鋅、鋁、銅、鎂，Zn-Al-Cu-Mg系合金是現(xiàn)有技術(shù)中性能最好和實際使用最多的制造模具用鋅合金，在Zn-Al-Cu-Mg合金中通過添加某些微量元素可以提高其性能。作為現(xiàn)有的鋅合金模具仍存在如下問題I、力學(xué)性能仍未達到模具制造要求，強度比鋼模低得多，且合金的硬度和耐磨性較差，在較大的沖裁力或型腔注射壓力和鎖模力作用下容易損壞；合金的硬度和耐磨性較差，模具的使用壽命短，只能達到上千件的生產(chǎn)數(shù)量；2、鋅合金軟化溫度低，尺寸不穩(wěn)定。鋅合金熔點低，在200°C以上工作時，強度、硬度降低，在大的沖裁力或高的注射壓力作用下，模具型腔容易產(chǎn)生熱變形，影響制件的精度,而且磨損量加大。為了解決上述問題，本申請的申請人在鋅合金模具表面噴涂了硬質(zhì)的金屬氧化物陶瓷顆粒以及超硬的合金，從而在鋅合金表面上在其表面形成耐磨、耐高溫腐蝕涂層的復(fù)合結(jié)構(gòu)模具。本發(fā)明的目的在于提供一種具有耐高溫涂層的鋅合金模具的制備方法，該方法可以用來可提高鋅合金模具的耐磨耐高溫性能，將鋅合金模具的使用壽命從一千次左右提高到數(shù)千次，甚至可達萬次以上，顯著延長了鋅合金模具的使用壽命。為此本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種具有耐高溫涂層的鋅合金模具，其具有以下層結(jié)構(gòu)(I) 一種鋅合金沖壓模具作為基底；(2)施加于基底上的中間過渡層，所述的中間層為ZnCrAH涂層；(3)施加于中間層上的耐高溫涂層，所述的耐高溫涂層包含SiC、TiC、Fe和Ni。其中，所述的鋅合金的組成和成分為A1 5wt% -22wt%> Cu 2wt% -IOwtt^JjS2wt% -5wt*%,余量為 Zn。
所述的ZnCrAH涂層中，Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35-45. 5wt%，Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36-48wt%, Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2. 5-8. 5 七％和余量的Y。其中，耐高溫涂層中，含SiC 25-36wt %，含 TiC : 18_32wt %，含 Fe :8_18wt %，余
量為Ni。其中，中間過渡層的厚度為10um-50um,優(yōu)選其厚度為10um-20um。其中，耐高溫涂層的厚度為優(yōu)選其厚度為3mm-5mm。噴涂的方法形成ZnCrAH涂層，然后在保護氣氛下退火形成中間過渡層。所述的保護氣氛退火是指真空退火或惰性氣體退火或者還原氣氛退火，所述的保護性氣體可以選自由N2、Ar、H2或者它們的任意組合所組成的組中。其中，耐高溫涂層的表面涂層通過噴涂含SiC、TiC、Fe和Ni的粉末形成，其中所述 的粉末中，含SiC :25-36wt%，含TiC :18_32wt%，含F(xiàn)e :8_18wt%，余量為Ni。噴涂時，其工藝參數(shù)為工作電壓20-35V ;噴涂距離為120-180mm ;空氣壓力為0. 4-0. 8MPa。耐高溫涂層的厚度為優(yōu)選其厚度為3mm-5mm。使用中間層可以防止基底層在高溫澆鑄過程發(fā)生高溫氧化現(xiàn)象，另外也加強了基底與涂層之間的粘結(jié)強度，并且防止了內(nèi)部的金屬層經(jīng)過擴散作用，其中的金屬原子擴散至表面的耐高溫涂層中。通過本發(fā)明的方法制備的鋅合金模具，具有ZnCrAH中間層和含有SiC、TiC、Fe和Ni耐高溫涂層的涂層，由于基底與涂層之間彼此相鄰設(shè)置且原子結(jié)構(gòu)大致相近，因此，相鄰的涂層不會因為原子缺陷等問題，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力并造成涂層之間粘結(jié)性差的問題，通過本發(fā)明的涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計，中間層可以增加含有Ni的SiC、TiC、Fe耐高溫涂層與基底之間的鋅合金模具之間的粘結(jié)力。并且，本發(fā)明的耐高溫涂層中，還有一定數(shù)量的鐵和鎳，可以改善表面涂層的內(nèi)部應(yīng)力。因此，采用本申請所述結(jié)構(gòu)的模具，可增加模具的使用壽命及其使用性倉泛。
具體實施例方式以下將通過典型的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做出進一步的說明。申請人需要強調(diào)的是，以下實施例僅僅是為了詳細說明發(fā)明的內(nèi)容的需要，而不能認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。本發(fā)明要求保護的范圍，以權(quán)利要求書所限定的技術(shù)方案為準(zhǔn)。實施例I模具I :第一層鋅合金沖壓模具基底，其中所述的鋅合金的組成和成分為A1 8wt%,Cu 3wt%>Mn 2. 5wt*%,余量為 Zn。第二層=ZnCrAH中間過渡層，Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38Wt%，Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38wt%,Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3. 5被％和余量的Y。ZnCrAlY中間過渡層的厚度為10um。第三層耐高溫涂層，其中含SiC:25wt%，含TiC:18wt%，F(xiàn)e:18wt^^P余量的Ni。耐高溫涂層的厚度為7.5mm。實施例2模具2 第一層鋅合金沖壓模具基底，其中所述的鋅合金的組成和成分為A1 8wt%.Cu 2wt%>Mn 2. 5wt*%,余量為 Zn。第二層=ZnCrAH中間過渡層，Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35Wt%，Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38wt%,Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3. 5被％和余量的Y。ZnCrAlY中間過渡層的厚度為10um。第三層耐高溫涂層，其中含SiC:25wt%，含TiC:18wt%，F(xiàn)e:18wt^^P余量的Ni。耐高溫涂層的厚度為4. 5mm。實施例3模具3 第一層鋅合金沖壓模具基底，其中所述的鋅合金的組成和成分為A1 10wt%,Cu 3. 5wt%>Mn :2. 8wt*%,余量為 Zn。
第二層=ZnCrAH中間過渡層，Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35Wt%，Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45wt%,Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6. 5被％和余量的Y。ZnCrAlY中間過渡層的厚度為10um。第三層耐高溫涂層，其中含SiC:28wt%，含TiC:22wt%，F(xiàn)e:15wt^^P余量的Ni。耐高溫涂層的厚度為6.0mm。實施例4模具4 第一層鋅合金沖壓模具基底，其中所述的鋅合金的組成和成分為A1 12. 5wt% > Cu 3. 2wt% > Mn :2. 9wt%,余量為 Zn。第二層=ZnCrAH中間過渡層，Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為39Wt%，Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46wt%,Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6. 5被％和余量的Y。ZnCrAlY中間過渡層的厚度為10um。第三層耐高溫涂層，其中含SiC:28wt%，含TiC:22wt%，F(xiàn)e:15wt^^P余量的Ni。耐高溫涂層的厚度為4.0mm。實施例5模具5 第一層鋅合金沖壓模具基底，其中所述的鋅合金的組成和成分為A1 14wt%,Cu 3. 5wt%>Mn :2. 5wt*%,余量為 Zn。第二層=ZnCrAH中間過渡層，Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為43Wt%，Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45wt%,Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4. 5被％和余量的Y。ZnCrAlY中間過渡層的厚度為10um。第三層耐高溫涂層，其中含SiC:36wt%，含TiC:28wt%，F(xiàn)e:12wt^^P余量的Ni。耐高溫涂層的厚度為3.5mm。實施例6模具6 第一層鋅合金沖壓模具基底，其中所述的鋅合金的組成和成分為A1 16wt%,Cu 6. 5wt%>Mn :3. 5wt*%,余量為 Zn。第二層=ZnCrAH中間過渡層，Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為42Wt%，Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為39wt%,Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7. 5被％和余量的Y。ZnCrAlY中間過渡層的厚度為10um。第三層耐高溫涂層，其中含SiC:36wt%，含TiC:28wt%，F(xiàn)e:12wt^^P余量的Ni。耐高溫涂層的厚度為5.5mm。在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容做出各種相應(yīng)的不同的模具，例如通過改變公知的涂覆方法和/或調(diào)整各涂層以及基體的組分以及含量，但這些相應(yīng)的改變和變形所得到的模具都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范 圍。
權(quán)利要求
1.一種具有耐高溫涂層的鋅合金模具，其具有以下層結(jié)構(gòu) (1)一種鋅合金模具作為基底； (2)施加于基底上的中間過渡層，所述的中間過渡層為ZnCrAH涂層； (3)施加于中間過渡層上的耐高溫涂層，所述的耐高溫涂層包含SiC、TiC、Fe和Ni。
2.權(quán)利要求I所述的鋅合金模具，其特征在于所述的ZnCrAH涂層中，Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35-45. 5wt%,Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36_48wt%，Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2. 5-8. 5被％和余量的Y。
3.權(quán)利要求I所述的鋅合金模具，其特征在于其中所述的粉末中，含SiC25-36wt%,含 TiC 18-32wt %，含 Fe :8_18wt %，余量為 Ni。
4.權(quán)利要求I所述的鋅合金模具，其特征在于所述的中間過渡層的厚度為10Um-50Um。
5.權(quán)利要求5所述的鋅合金模具，其特征在于所述的中間過渡層的厚度為10Um-20Um。
6.權(quán)利要求I所述的鋅合金模具，其特征在于所述的耐高溫涂層的厚度為3_-8_。
7.權(quán)利要求6所述的鋅合金模具，其特征在于所述的耐高溫涂層的厚度為3mm-5mm。
8.權(quán)利要求I所述的鋅合金模具，其特征在于所述的鋅合金的組成和成分為A15wt% -22wt% > Cu 2wt% -IOwt *%、猛 2wt*% -5wt %,余量為 Zn。
全文摘要
本發(fā)明提供了，涉及一種具有耐高溫涂層的鋅合金模具的制備方法，其包括以下步驟提供一種鋅合金模具作為基底，對基底待處理的表面進行前處理；施加一層中間過渡層，所述的中間層為ZnCrAlY涂層；施加耐高溫涂層，所述的耐高溫涂層包含SiC、TiC、Fe和Ni。采用本申請所述結(jié)構(gòu)的模具，可增加模具的使用壽命及其使用性能。
文檔編號C22C18/00GK102808178SQ20111014263
公開日2012年12月5日 申請日期2011年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月30日
發(fā)明者鄭霞 申請人:昆山市瑞捷精密模具有限公司