[发明专利]一种具有自润滑涂层的镍基超耐热模具的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属模具的制备方法，更具体的说，涉及一种具有自润滑涂层的镍基超耐热模具的制备方法。

背景技术

模具广泛应用于冲压成型加工。对于冲压成型的模具一般需要具有以下性能：

(1)高温环境下，具有很好的钢性、耐机械冲击强度及高的硬度。

(2)在反复以及快速加热冷却的热冲击下，模具不产生裂纹或变形。

(3)高温条件下，模具成型表面与成型金属不发生化学反应。

(4)模具在高温条件下不会发生高温氧化现象。

(5)加工性能好，易加工成高精度以及高表面光洁度的表面。

传统的用于浇注高熔点金属或玻璃等物质的模具大多采用不锈钢或者镍基耐热合金钢作为模具材料，但是这种模具容易发生高温氧化，在反复的热循环作用下，材料的内部晶相结构发生改变，并且表面质量也变差，从而容易导致模具失效。

为了解决上述问题，硬质的金属氧化物陶瓷颗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，很难加工成所需的特定形状。所以以超硬合金或者耐高温合金为模具基体，在其表面形成耐磨、耐高温腐蚀或具有其它特殊性能的涂层的复合结构模具成为行业发展的新方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有自润滑功能的镍基超耐热模具的制备方法，该方法可以用来可提高镍基超耐热模具的起模性能以及显著延长该模具的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明首先提供了一种具有自润滑功能的镍基超耐热模具的制备方法，其包括以下步骤：

(1)提供一种镍基超耐热模具作为基底，对基底待处理的表面进行前处理；

(2)施加一层中间过渡层，所述的中间层为NiCrAlY涂层；

(3)施加一层阻挡层，所述的阻挡层为TiN或者TaN涂层；

(4)施加具有自润滑功能的表面涂层，所述的自润滑功能的表面涂层包含BN。

其中，在步骤(1)中所述的前处理步骤包括去除基底表面的油污和氧化层的步骤，其可以使用现有技术中公知的前处理工艺，例如使用碱洗、酸洗等，优选使用等离子蚀刻方法蚀刻掉表面的氧化层。

其中，在步骤(2)中可以使用涂刷或者喷涂的方法形成NiCrAlY涂层，然后在保护气氛下退火形成中间过渡层。所述的喷涂方法可以选自火焰喷涂、超音速火焰喷涂、电弧喷涂、爆炸喷涂、冷喷涂等方法；所述的NiCrAlY涂层中，Ni的质量分数为：75-83.5wt％，Cr的质量分数为：8-15wt％，Al的质量分数为2.5-7.5wt％和余量的Y。其中所述的保护气氛退火是指真空退火或惰性气体退火或者还原气氛退火，所述的保护性气体可以选自由N₂、Ar、H₂或者它们的任意组合所组成的组中。中间层的厚度为5um-100um，优选其厚度为5um-20um。

其中，在步骤(3)中，可以使用涂刷、喷涂、热浸、固渗的方法形成阻挡层，阻挡层的厚度为10um-50um，优选其厚度为10um-25um。优选使用固渗的方法形成阻挡层，即首先在步骤(2)处理的表面通过粉末固体或者液体渗钛或钽，然后在含氮气氛中退火，形成TiN或者TaN涂层。

其中，在步骤(4)中，自润滑功能的表面涂层通过喷涂含氮化硼以及硼的粉末形成，其中所述的粉末中，含氮化硼：45-78wt％，含硼：22-55wt％。喷涂时，其工艺参数为：工作电压：25-40V；喷涂距离为：100-250mm；空气压力为0.5-0.9MPa。自润滑涂层的厚度为500um-5mm，优选其厚度为2mm-5mm。

使用中间层可以防止基底层在高温浇铸过程发生高温氧化现象，另外也加强了基底与涂层之间的粘结强度，使用阻挡层防止了内部的金属层(基底层和NiCrAlY合金层)经过扩散作用，其中的金属原子扩散至表面的自润滑功能涂层中，损害自润滑功能涂层的自润滑功能。

通过本发明的方法制备的镍基超耐热模具，具有NiCrAlY中间层、TiN或者TaN阻挡层和含有硼的氮化硼涂层，由于基底与涂层之间彼此相邻设置且原子结构大致相近，因此，相邻的涂层不会因为原子缺陷等问题，产生内应力并造成涂层之间粘结性差的问题，通过本发明的涂层结构设计，中间层及阻挡层可以增加含有硼的氮化硼涂层与基底的之间的镍基超耐热模具之间的粘结力。并且，本发明的自润滑涂层中，除了作为硬质相的氮化硼之外，还有特定数量的硼，可以降低表面涂层的内部应力及其摩擦系数。因此，采用本申请所述结构的模具，可增加模具的使用寿命及其使用性能。

具体实施方式