[发明专利]一种超高温成型模具及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属成型模具技术领域，具体而言，涉及一种超高温成型模具及其制备方法。

背景技术

高熔点金属（黑色金属、铜合金及不锈钢等）广泛应用于工业生产的各个领域。高熔点金属热成型温度通常在1000℃以上，对模具材料的高温机械性能要求非常高。在超高温成型工况下，采用任何高性能特种材料都无法同时满足模具所需要的高温强韧性能、高温磨损性能、冷热疲劳性能和高温冲蚀性能，极低的模具使用寿命限制了超高温成型技术的推广应用。 

现有技术研究表明，与常规模具材料相比，高熔点钼基合金、钨基合金及陶瓷材料制备的超高温成型模具，模具使用寿命有一定提高，但提高并不显著，加上材料价格昂贵及钨合金资源的稀缺性，严重制约其普及应用。目前，国内外尚没有一种模具材料能够完全满足超高温成型模具的实际应用需求。

中国专利《金刚石复合涂层拉丝模制备方法》（专利号ZL01113027.X）和中国专利《碳化硅陶瓷和金刚石复合拉拔模具制备方法》（专利号ZL200810040138.9）分别提出以大孔径硬质合金模具和碳化硅陶瓷模具为衬底，用化学气相法在模具内孔表面沉积常规金刚石和纳米金刚石复合涂层，制成金刚石涂层模具，能提高模具工作寿命5-10倍以上。但硬质合金和陶瓷材料均采用烧结成型，其强度和韧性较低，且难以成型复杂型腔的模具，不能满足压力成型模具对强韧性能和成型复杂形状零件的要求，由于采用化学气相法沉积金刚石涂层的沉积时间至少6小时以上，存在生产效率低的缺点和制造成本高的压力，加热到1000℃，金刚石会缓慢变成石墨，且金刚石热导率高，一般为136.16W/(m·K)，无法有效阻碍金属液温度传导给模具基体，不适用于超高温成型模具。进一步检索，尚未发现超高温成型模具及其制备方法。

发明内容

本发明旨在提供一种超高温成型模具及其制备方法，以解决现有技术中的超高温成型模具强度及韧性较低、成型复杂型腔困难的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种超高温成型模具。该超高温成型模具包括金属基材衬底，其上具有工作表面；粘结层，喷涂在金属基材衬底的工作表面上；以及热障层，喷涂在粘结层上。

进一步地，金属基材为热作模具钢、塑料模具钢中的一种。

进一步地，粘结层为Ni-Cr合金、NiCrAlY合金中的一种，其中，所述Ni-Cr合金由质量百分含量为77-79%的Ni、质量百分含量为19-21%的Cr以及质量百分含量为≤4%的杂质组成，所述NiCrAlY合金由质量百分含量为72.5%的Ni、质量百分含量为19%的Cr、质量百分含量为8%的Al以及质量百分含量为0.5%的Y组成。

进一步地，粘结层的厚度为0.05-0.1mm。

进一步地，热障层的材质为氧化钇稳定的氧化锆或氧化钙稳定的氧化锆，其中氧化钇稳定的氧化锆中氧化锆的质量百分含量为92%，氧化钇的质量百分含量为8%，氧化钙稳定的氧化锆中氧化锆的质量百分含量为94%，氧化钙的质量百分含量为6%。

进一步地，热障层的厚度为0.2-0.9mm。

根据本发明的另一个方面，提供一种超高温成型模具的制备方法。该制备方法包括以下步骤：制作金属基材衬底；采用热喷涂的方法，在金属基材衬底的工作表面形成粘结层；采用热喷涂的方法，在粘结层的表面形成热障层。

进一步地，该制备方法包括以下步骤：制作金属基材衬底，打磨金属基材衬底的外表面至粗糙度为Ra25-50；采用横向纵向交替逐层热喷涂的方法，在金属基材衬底的工作表面形成粘结层；采用横向纵向交替逐层热喷涂的方法，在粘结层的表面形成热障层基层；以及对热障层基层进行研磨抛光形成热障层。

进一步地，粘结层和热障层形成过程中采用的热喷涂的方法是采用氧乙火焰棒材喷涂方法。

进一步地，热喷涂时的氧气压力为0.4-0.6MPa，乙炔压力为0.08-0.12MPa，压缩空气压力为0.6-0.8MPa，喷涂距离为85-100mm，棒材直径为Φ6-8mm，进给速度为160-180mm/min，喷枪移动速度为90-110mm/s。

进一步地，热障层基层的厚度为0.3-1mm。

本发明的一种超高温成型模具，由于在金属基材衬底上喷涂有粘结层和热障层，所以其强度及韧性较高；且由于热障层的存在，其耐高温、耐磨损、抗氧化、隔热性能较好，能够适用于各种高熔点金属成型温度达到1000℃以上的超高温成型工况；金属基材衬底成型复杂型腔相对于现有技术中烧结而成的硬质合金加工工艺简单，且易成型。

附图说明