[发明专利]具有耐磨涂层的成形冲压模具

说明书

技术领域：

本发明涉及冲压模具的制作，具体涉及一种用于粉末冶金成形中的表面具有喷涂陶瓷复合涂层的冲压模具。

背景技术：

模具在粉末冶金工业中具有极其重要的作用，模具的质量直接决定产品的质量。许多使用粉末冶金工艺制备的工件往往要求在一次成形和烧结后就为成品，不再进行后续机械加工，所以对模具的精度和表面质量具有很高的要求。在模具的制造使用的过程中，模具经常会出现磨损、疲劳失效、产生划痕、沟槽和压坑以及加工中的尺寸超差等现象，造成整个模具无法使用。模具的失效不仅影响产品的质量而且增加生产成本，频繁更换模具更会导致产量下降，给企业带来巨大的经济损失。另一方面，由于模具的种类多，标准件少，制造周期长，加工费用高(尤其是精密复杂模具或大型模具)，企业常因模具的失效而减产或停产。因此采用适当的方法提高模具质量、延长模具的使用寿命、降低成本、节约资源，是当前粉末冶金行业面临的一个重要课题。

现有技术中，用于粉末冶金成形中的冲压模具材料主要是硬质合金钢和钨钢两种。硬质合金钢价格便宜、加工方便，经适当的热处理后其硬度最高能达到HRC60左右，能满足一般零部件的冲压成形。但对精度要求高的零部件，因磨损较大，使用寿命较短，如汽车发动机气门用冲压模具，使用硬质合金钢，其使用寿命只有1-2万次。钨钢材料硬度较高，能达到HRC70以上，其耐磨性能与硬质合金相比有很大提高。将其用作发动机气门模具时，使用寿命一般能达到5-6万次。但钨钢材料一般为高温烧结而成，制作工艺复杂，成本很高，限制了其在冲压模具上的应用。

发明内容：

本发明的目的在于，针对现有技术中的不足，提供一种利用超音速喷涂技术得到的表面具有耐磨涂层的成形冲压模具，其具有耐磨性能好、表面硬度高、使用温度高等性能，能满足各种模具的使用要求。

本发明的技术方案如下：

本发明的具有耐磨涂层的成形冲压模具，包括有模具基体，其特征在于，在该基体的表面有使用超音速喷涂（HVOF）技术制备得到的两相结构的陶瓷复合涂层，其中一相是由微米级粉末的碳化钨（WC）或碳化铬（Cr₃C₂）构成的陶瓷相，另一相是由微米级粉末的镍基合金构成的合金相，镍基合金嵌入在陶瓷相中；其中，陶瓷相和合金相的质量比为 1：（0.1-1），所述陶瓷复合涂层厚度为100-500微米。所述镍基合金粉末是由镍（Ni）、铬（Cr）、钼（Mo）、铁（Fe）、铝（Al）、钛（Ti）、硼（B）、硅（Si）等元素组成，例如市场上购得的镍基合金F102（Ni16Cr4B4Si，硬度为HRc 60）粉末或F102Fe（Ni16Cr4B4Si15Fe，硬度为HRc 60）粉末、F103（Ni10Cr1.5B3Si，硬度为HRc 60）粉末等。 

本发明的具有耐磨涂层的成形冲压模具，其模具基体表面上的陶瓷复合涂层使用超音速喷涂（HVOF）技术制备。HVOF涂层技术，能将超音速火焰中的碳化钨或碳化铬陶瓷粉末和镍基合金粉末熔融并烧结在模具的工作表面，在涂层中的内部压应力下，镍基合金嵌入碳化物中形成两相复合涂层。其中陶瓷相碳化铬或碳化钨能提供极高的表面硬度（1000-1200 HV）和极高的附着强度，镍基合金使得涂层与模具本体形成牢固的结合。

所述陶瓷复合涂层不仅有效改善抗粘连性能，还具有出众的耐磨性，其磨损度要比现有技术中使用的硬质合金钢降低70%-80%，比钨钢低20-30%。因此这种陶瓷复合涂层能大大延长模具的使用寿命，满足各种模具的使用要求，还能满足成形冲压产品精度稳定性高的要求，有利于提高成形冲压产品的质量；而且相比之下，它还具有制作工艺较为简单，成本较低的优点。

附图说明：

图1是本发明的具有陶瓷复合涂层的实施例模具的剖面示意图。

具体实施方式：

实施例1       陶瓷相和合金相的质量比为4：1

参见图1，在模具1的金属基体外表面（工作表面）上有两相机构的陶瓷复合涂层2，涂层厚度约为200-300微米。该涂层是采用超音速火焰喷涂技术、再经机械加工而成。喷涂用原料是微米级的碳化钨和镍基合金（Ni16Cr4B4Si）粉末，其中碳化钨和镍基合金粉末的用量比为4：1。

经测试，本实施例的陶瓷两相结构涂层的性能参数为：表面硬度高于1000 HV；结合强度：高于70 MPa；孔隙率：低于3%；耐磨性能：在同样摩擦磨损条件下，其磨损量比现有钨钢模具降低了20-30%；且加工产品易脱模。