[发明专利]铝合金压铸模具及在其内腔表面形成防护涂层的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金压铸模具及在其内腔表面形成防护涂层的制备工艺。

背景技术

压铸是一种利用高压强制将金属熔液压入形状复杂的金属模具内，并在压力下凝固形成铸件的一种精密铸造法。铸造铝合金具有低密度、高强度、成型性好、耐腐蚀等优点，铝合金压铸技术的应用提高了材料利用率，同时能以低成本、高速度和高精度压铸出形状复杂和表面质量好的零部件。压铸模具作为压铸生产的关键装备，其性能的优劣将直接影响铝合金压铸件的质量和成本。目前应用最为广泛的铝合金压铸模具材料为热作模具钢。铝合金压铸模具的使用条件非常恶劣，不仅由于直接接触熔融铝合金而面临严重的腐蚀，而且由于在压铸生产中要经受频繁的冷热循环在压铸模具表面易产生疲劳裂纹。因此，铝合金压铸模具最常见的失效形式是腐蚀和疲劳裂纹。虽然通过合金成分调整可在一定程度上提高目前应用最为广泛的热作模具钢制铝合金压铸模具的性能，但其性能仍有待进一步提升。

若对铝合金压铸模具进行适当的表面处理，可大幅度提高模具的耐腐蚀性能和耐热疲劳性能，从而提高模具的质量和使用寿命。热作模具钢渗硼处理后可显著提高其在熔融铝合金中的耐腐蚀性能，但由于渗硼层自身脆性较大、结构不够致密以及渗层较薄，在使用过程中易发生涂层失效。氮化处理也可显著提高热作模具钢的耐蚀性能和耐热疲劳性能，但也存在上述问题。物理气相沉积和热喷涂也是较为常用的在热作模具钢表面制备氮化物和硼化物金属陶瓷涂层的技术，但所制备涂层的结合强度仍有待进一步提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为解决现有的铝合金压铸模具耐腐蚀性能不理想及在压铸生产中要经受频繁的冷热循环压铸模具表面易产生疲劳裂纹的技术问题，本发明提供一种铝合金压铸模具及在其内腔表面形成防护涂层的制备工艺，其压铸模具的内腔表面具有采用预置粉末或同步送粉激光熔覆的方式，以ZrB₂+Co粉末为熔覆材料，制备的与压铸模具的内腔表面呈冶金结合的ZrB₂复合涂层。ZrB₂复合涂层具有优异的耐腐蚀性能、耐热疲劳性能和耐磨性能，且与热作模具钢制作的压铸模具内腔表面呈冶金结合；能有效提高铝合金压铸模具的使用寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种铝合金压铸模具，由热作模具钢材料制作而成，压铸模具的内腔表面具有防护涂层，所述的防护涂层为采用预置粉末或同步送粉激光熔覆的方式，以ZrB₂+Co粉末为熔覆材料，制备的与压铸模具的内腔表面呈冶金结合的ZrB₂复合涂层。

激光熔覆是一种新的表面改性技术，通过在基体表面添加熔覆材料并利用高功率密度的激光束使之与基体表面薄层一起熔凝的方法，在基体表面形成与其为冶金结合且无气孔、裂纹等缺陷的高性能表面涂层。该技术可以将高熔点的合金材料或陶瓷材料熔覆在低熔点的基体表面，以较低的成本在基体上制备出高性能的表面涂层。激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好等特点。而且激光熔覆的快速熔凝过程还可以获得微米或纳米晶结构涂层。激光熔覆工件前处理工艺简单，且熔覆不需要在真空环境下进行，工件尺寸基本不受限制，可以用于加工复杂表面或者大尺寸模具。现有技术中激光熔覆技术主要用于对金属零件表面修复、耐磨和耐蚀性能的提高，其常用材料主要有三类：自熔性合金粉末，可分为镍基、钴基和铁基自熔合金，其主要特点是含有硼和硅；金属陶瓷复合粉末，由金属陶瓷硬质相和金属或合金粘结相组成，主要有（Co、Ni）-WC和（NiCr、NiCrAl）Cr₃C₂等系列，具有很高的硬度和良好的耐磨性；氧化物陶瓷粉末，具有优良的抗高温隔热、耐磨、耐蚀等性能。熔覆材料的选择重点在于与基体材料的相容性方面，同时兼顾其在熔融铝液中的耐蚀性能。本发明的发明人通过不断探索，大胆创新，采用ZrB₂+Co粉末作为熔覆材料，ZrB₂陶瓷具有高熔点、高强度、高硬度、高化学稳定性，良好的导电、导热、耐蚀性能，以及优异的耐熔融金属腐蚀的性能；同时加入金属钴作为粘结剂以提高ZrB₂材料的熔覆性能并缩小ZrB₂复合涂层与基体的热膨胀差异提高涂层的结合强度。

为使防护涂层具有理想的耐腐蚀性能、耐磨损性能和耐热疲劳性能，且与基体结合强度最佳，作为优选，所述的ZrB₂复合涂层的厚度为0.1~2mm。