本發(fā)明涉及激光加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于激光增材制造技術(shù)的具有耐磨涂層的模具的制備方法。

背景技術(shù)：

材料磨損既造成材料的巨大浪費，又會造成生產(chǎn)效率低下，零件更換頻繁以及設(shè)備報廢等諸多問題，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟損失。H13模具鋼廣泛應(yīng)用于制造沖擊載荷較大的鍛模、熱擠壓模及壓鑄模。采用上述模具進(jìn)行生產(chǎn)加工時，模具受頻繁擠壓，易磨損；另一方面，若將模具進(jìn)行表面滲氮處理，其表面硬度過高，易脫落，造成模具提前失效。為此，現(xiàn)階段的模具要么不進(jìn)行滲氮處理，要么滲氮處理后，再經(jīng)過熱處理將其硬度降低使用，限制了模具的使用次數(shù)和壽命，也對材料本身造成極大的浪費，增加生產(chǎn)成本。

近年來，科研人員和工程技術(shù)人員從結(jié)構(gòu)設(shè)計或材料性能、表面工程等方面出發(fā)，采用多種手段來提高材料的摩擦性能并取得了一定的成果。其中，耐磨涂層設(shè)計作為提高材料表面性能的重要手段，并且隨著人們對具有優(yōu)異耐摩擦性能的動物軟骨、貝殼等天然材料的深入認(rèn)識，設(shè)計出相應(yīng)的仿生耐磨涂層。相應(yīng)的實驗結(jié)果亦表明，上述仿生耐磨涂層能夠獲得更佳的耐磨效果，其開發(fā)與進(jìn)一步研究得到廣泛的關(guān)注。

激光增材制造(Laser Additive Manufacturing，LAM)技術(shù)是近20年來信息技術(shù)、新材料技術(shù)與制造技術(shù)多學(xué)科融合發(fā)展的先進(jìn)制造技術(shù)。其制造原理是材料逐點累積形成面，逐面累積成為體，為材料表面耐磨涂層的制備提供了新的方法與契機。如中國專利CN102453901 B公開一種采用激光熔覆制備油鉆桿表面WC合金耐磨帶的方法，但熔覆層結(jié)構(gòu)單一，亦未完全解決耐磨合金層與油鉆桿表面的結(jié)合強度不足及剝落問題。

鑒于此，有必要提供一種新的基于激光增材制造技術(shù)的具有耐磨涂層的模具的制備方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種具有耐磨涂層的模具的制備方法，能夠制得耐磨性能好且不易剝落的耐磨涂層的模具，解決現(xiàn)有模具壽命短，模具表面強化工藝復(fù)雜的難題。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種基于激光增材制造技術(shù)的具有耐磨涂層的模具的制備方法，主要包括：

提供待加工的模具，裝夾定位；

提供至少兩種成型粉末，分別轉(zhuǎn)移至送粉器進(jìn)行預(yù)加熱、保溫，所述成型粉末至少包括與所述模具材料一致或組成接近的粉末A及強化粉末B；

制定加工程序，將相應(yīng)的成型粉末依據(jù)加工程序送至激光束的輻照位置，并熔化沉積在模具表面，其中，所述加工程序包括將模具表面劃分為若干加工區(qū)域，且相鄰加工區(qū)域形成由不同成型粉末熔化沉積得到的涂層；

將上述完成激光加工的模具進(jìn)行熱處理；

將完成熱處理的模具機加工至目標(biāo)尺寸，以得到成品模具。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述模具為H13擠壓模具；粉末A為氣霧化的H13粉末，粒度為45-105μm，其中，H13粉末組成為0.4wt%C，0.4wt%Mn，5.0wt%Cr，1.5 wt%Mo，1.0 wt% V，余量為Fe。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述強化粉末B的粒度設(shè)置為45-105μm，包括作為基體的Ni45粉末及作為強化體的WC粉末，其中，所述WC粉末的含量為10-50wt%。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述模具采用全新模具或二次模具，所述制備方法還包括去除所述全新模具的表面層或二次模具的工作層，所述表面層的厚度為0.2-0.5mm。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，檢測去除表面層或工作層后的模具的實際尺寸，并與所述模具的目標(biāo)尺寸相比較得到兩者尺寸差值，所述激光加工的涂層厚度大于所述尺寸差值。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在模具裝夾定位前采用丙酮或無水酒精對模具進(jìn)行清洗并干燥。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述成型粉末進(jìn)行預(yù)加熱的溫度為100-130℃，保溫時間為2-3小時。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，激光加工進(jìn)程中的激光加工功率為500-1000W，掃描速度為100-199mm/min，送粉速率3.0-7.0g/min 。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，激光加工進(jìn)程中還通入氬氣進(jìn)行保護。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，熱處理過程的保溫溫度設(shè)置為200-300℃，所述模具保溫2小時后采用2-5℃/S的降溫速率冷卻至室溫。

本發(fā)明的有益效果是：采用本發(fā)明制備方法，通過在模具表面不同加工區(qū)域間隔交替熔化沉積不同的成型粉末，能夠制得耐磨性能好且不易剝落的耐磨涂層的模具，解決現(xiàn)有模具壽命短，模具表面強化工藝復(fù)雜的難題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明制備方法的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明制備方法制得的模具表面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖所示的實施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但該實施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)該實施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。

請參閱圖1為本發(fā)明制備方法的流程示意圖。本發(fā)明提供的基于激光增材制造技術(shù)的具有耐磨涂層的模具的制備方法主要包括：

提供待加工的模具，裝夾定位；

提供至少兩種成型粉末，分別轉(zhuǎn)移至送粉器進(jìn)行預(yù)加熱、保溫，所述成型粉末至少包括與所述模具材料一致或組成接近的粉末A及強化粉末B；

制定加工程序，將相應(yīng)的成型粉末依據(jù)加工程序送至激光束的輻照位置，并熔化沉積在模具表面，其中，所述加工程序包括將模具表面劃分為若干加工區(qū)域，且相鄰加工區(qū)域形成由不同成型粉末熔化沉積得到的涂層；

將上述完成激光加工的模具進(jìn)行熱處理；

將完成熱處理的模具機加工至目標(biāo)尺寸，以得到成品模具。

所述模具為符合國家標(biāo)準(zhǔn)的H13擠壓模具，具體為圓柱形的或者圓桶形的并主要用于鋁合金/鎂合金/銅合金/鈦合金擠壓產(chǎn)品生產(chǎn)的模具，所述模具加工所述耐磨涂層之前未經(jīng)過滲氮/滲碳處理。

所述粉末A為氣霧化的H13粉末，粒度為45-105μm，其中，H13粉末組成為0.4wt%C，0.4wt%Mn，5.0wt%Cr，1.5 wt%Mo，1.0 wt% V，余量為Fe。所述強化粉末B的粒度亦設(shè)置為45-105μm，包括作為基體的Ni45粉末及作為強化體的WC粉末，其中，所述WC粉末的含量為10-50wt%。此處粉末A的材質(zhì)構(gòu)成與模具相一致，激光增材制造過程中有效提高熔化沉積粉末A的加工區(qū)域的涂層結(jié)合強度，進(jìn)而提高耐磨涂層與模具的整體結(jié)合強度。

所述模具采用全新模具時，所述制備方法還包括去除所述全新模具的表面層，所述表面層的厚度為0.2-0.5mm。所述模具采用二次模具時，所述制備方法還包括去除所述二次模具的工作層。其中，二次模具為使用一定周期后，由于熱作用和摩擦、擠壓的作用導(dǎo)致表面發(fā)生磨損或尺寸偏差的模具。上述去除表面層或工作層的目的均是為了徹底清除模具表面的雜質(zhì)及機械損傷層，使得模具表面性狀更為均一，以利于后續(xù)的激光增材加工。

所述制備方法還包括檢測去除表面層或工作層后的模具的實際尺寸，并與所述模具的目標(biāo)尺寸相比較得到兩者尺寸差值，并根據(jù)所述尺寸差值制定激光加工參數(shù)，其中，所述激光加工的涂層厚度大于所述尺寸差值。

所述制備方法還包括在模具裝夾定位前采用丙酮或無水酒精對模具進(jìn)行清洗并干燥。除此，將所述成型粉末分別轉(zhuǎn)移至不同的送粉器，所述送粉器中配設(shè)有加熱保溫裝置。所述粉末A及強化粉末B的預(yù)加熱的溫度均設(shè)置為100-130℃，保溫時間為2-3小時。

激光加工進(jìn)程中，依據(jù)加工程序既定的軌跡層層熔化沉積直至完成耐磨涂層的制備。其中，激光加工功率為500-1000W，掃描速度為100-199mm/min，送粉速率3.0-7.0g/min 。并于激光加工進(jìn)程中通入氬氣進(jìn)行保護。

實際加工過程中，所述模具的耐磨涂層沉積完成后，立即將模具轉(zhuǎn)送至熱處理爐中進(jìn)行相應(yīng)的熱處理。熱處理過程的保溫溫度設(shè)置為200-300℃，所述模具保溫2小時后采用2-5℃/S的降溫速率冷卻至室溫。再將完成熱處理的模具機加工至目標(biāo)尺寸，即可得到具有耐磨涂層的H13擠壓模具。

下列提供幾個具體的實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的制備方法，其具體實施步驟跟上述描述相同，在此僅對上述制備方法中的一些參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)說明，其它不再贅述。

實施例一：

模具表面層機加工厚度設(shè)置為0.2mm；

粉末A及強化粉末B的粒度為45μm；強化粉末B中WC的含量為10wt%；

成型粉末預(yù)加熱溫度設(shè)置為100℃，保溫2小時；

激光加工參數(shù)：激光功率為500W，掃描速度為100mm/min，送粉速率為3.0g/min；

熱處理溫度為200℃，保溫2小時，降溫速率為2℃/S。

實施例二：

模具表面層機加工厚度設(shè)置為0.3mm；

粉末A及強化粉末B的粒度為60μm；強化粉末B中WC的含量為20wt%；

成型粉末預(yù)加熱溫度設(shè)置為110℃，保溫2.5小時；

激光加工參數(shù)：激光功率為700W，掃描速度為130mm/min，送粉速率為4.0g/min；

熱處理溫度為250℃，保溫2小時，降溫速率為3℃/S。

實施例三：

模具表面層機加工厚度設(shè)置為0.4mm；

粉末A及強化粉末B的粒度為80μm；強化粉末B中WC的含量為40wt%；

成型粉末預(yù)加熱溫度設(shè)置為120℃，保溫2.5小時；

激光加工參數(shù)：激光功率為850W，掃描速度為140mm/min，送粉速率為6.0g/min；

熱處理溫度為280℃，保溫2小時，降溫速率為4℃/S。

實施例四：

模具表面層機加工厚度設(shè)置為0.4mm；

粉末A及強化粉末B的粒度為100μm；強化粉末B中WC的含量為50wt%；

成型粉末預(yù)加熱溫度設(shè)置為130℃，保溫3小時；

激光加工參數(shù)：激光功率為900W，掃描速度為180mm/min，送粉速率為7.0g/min；

熱處理溫度為290℃，保溫2小時，降溫速率為5℃/S。

實施例五：

模具表面層機加工厚度設(shè)置為0.5mm；

粉末A及強化粉末B的粒度為105μm；強化粉末B中WC的含量為50wt%；

成型粉末預(yù)加熱溫度設(shè)置為130℃，保溫3小時；

激光加工參數(shù)：激光功率為1000W，掃描速度為199mm/min，送粉速率為7.0g/min；

熱處理溫度為300℃，保溫2小時，降溫速率為5℃/S。

上述實施例均能制得具有結(jié)合強度較高的耐磨涂層的模具。如圖2所示，粉末A及強化粉末B依次間隔分布沉積在模具表面，相鄰加工區(qū)域的粉末A及強化粉末B分別沉積形成的涂層相接觸交疊形成整體的耐磨涂層。

綜上所述，采用本發(fā)明具有耐磨涂層的模具的制備方法，通過在模具表面不同加工區(qū)域間隔交替熔化沉積與所述模具材料一致或組成接近的粉末A及強化粉末B，能夠制得耐磨性能好且不易剝落的耐磨涂層的模具；所述制備方法還具備能量可控性高、加工熱影響區(qū)窄、加工效率高等優(yōu)點，可更好的適應(yīng)柔性制造環(huán)境；并且基于現(xiàn)有的激光增材加工設(shè)備即可實現(xiàn)，解決現(xiàn)有模具壽命短，模具表面強化工藝復(fù)雜的難題。

應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。

上文所列出的一系列的詳細(xì)說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。