[发明专利]一种表面双层结构压铸模具及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于涂层制备技术领域，具体涉及一种表面双层结构压铸模具及其制备方法。

背景技术

压铸是一种利用高压将金属溶液强制压入金属模具内，并在压力下凝固形成铸件的一种精密铸造法。经铸造得到的金属具有低密度，高强度，成型性好，耐腐蚀等优点，采用压铸技术还能够提高材料的利用率，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设备，其性能的优劣将直接影响铝合金压铸件的质量和成本。热作模具钢是目前应用较广的压铸模具材料。由于压铸模具在使用过程中容易受到腐蚀、冲刷、沾粘等损坏，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形成疲劳裂纹。虽然目前可通过一定程度的合金成分的调整可在一定程度上提高热作模具钢压铸模具的性能，但其性能仍无法满足实际需要。

在压铸模具表面制备双层结构的保护层可大幅度提高模具的抗沾粘、耐磨、耐热性能，降低模具冷热循环过程中的疲劳裂纹，减少模具清洗、损害的生产成本，从而提高模具的质量和延长模具寿命。但是，当前在压铸模具表面通过渗硼处理等手段虽然能够显著提高其在熔融金属中的耐腐蚀及耐磨性能，但由于渗硼层自身脆性较大，结构不致密以及渗层较薄，在使用过程中容易发生涂层失效。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种表面双层结构压铸模具及其制备方法，通过在模具基体上制备具有保护模具基体的双层结构，该结构由强度、硬度、抗疲劳性均提高的变形过渡层和具有高强特性的抗粘连附着，能够有效提高压铸模具的耐磨性、耐压性、抗疲劳性和抗粘连性能。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种表面双层结构压铸模具，包括模具基材均质层和由下至上依次设置在其上方的表面变形过渡层和表面抗粘连附着层；其中：

表面变形过渡层是基于微观组织变形改变模具基体材料原有微观结构形成的表层区域，表面变形过渡层的厚度为0.05～300μm；

表面抗粘连附着层是基于材料沉积在基体材料表面形成的表面附着层，表面抗粘连附着层的厚度为表面变形过渡层厚度的0.05～3倍。

优选地，所述表面变形过渡层的塑形变形ε为20％～300％的单次变形或单次变形幅度为3％～200％的多次变形，其组织呈现位错的缠结网络结构。

优选地，表面变形过渡层的位错密度比模具基材均质层高10～10000倍，晶粒尺寸或亚晶粒尺寸为模具基材均质层的1/5以下，且粒径为20nm～800nm。

优选地，所述表面抗粘连附着层是由金属元素和非金属元素为成分的涂层。

优选地，表面抗粘连附着层选自氧化铝、氧化锆、TiAlN、TiAlCN、SiC、碳化钛、氧化铬、TiNAlC、氮化钛、氧化钛或ZrB₂。

本发明还公开了上述的表面双层结构压铸模具的制备方法，包括以下步骤：

1)在清洁处理过的模具基材均质层表面进行形变处理，制备厚度为0.05～300μm的表面变形过渡层；

其中，形变处理是在模具基材均质层表面施加压力使其产生强烈塑形变形改变表面微观结构；

2)在制得的表面变形过渡层表面采用气相沉积法沉积一层抗粘连附着层，表面抗粘连附着层的厚度为表面变形过渡层厚度的0.05～3倍；

3)经冷却后，制得表面双层结构压铸模具。

优选地，清洁处理是采用溶剂超声波清洗或辉光放电清洁模具基材均质层。

优选地，步骤1)中，形变处理采用激光冲击，激光冲击模具表面1～10次，激光束的激光功率密度为1×10⁹W/cm²～9×10⁹W/cm²，脉冲宽度为10～200ns，冲击压力>1GPa。

优选地，步骤1)中，形变处理采用喷丸冲击，喷丸所用弹丸为铸钢丸、铸铁丸、玻璃丸和陶瓷丸中的一种或几种，弹丸的硬度为40～70HRC，弹丸速度>70m/s，表面粗糙度为20～145um，喷丸粒度优选5～50目。

优选地，步骤2)中，气相沉积法采用激光化学气相沉积法、金属有机化学气相沉积法或物理气相沉积法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：