[發明專利]一種模具鋼基體碳化鎢增強復合材料強化層及制備工藝

有效

• 申請號: 201110122803.0
• 申請日: 2011-05-13
• 公開（公告）號: CN102212771A
• 公開（公告）日: 2011-10-12
• 發明（設計）人: 王文權;盧寶勝;宮文彪;黃詩銘;尤群
• 申請（專利權）人: 吉林大學;一汽鑄造有限公司
• 主分類號: C23C4/10
• 分類號: C23C4/10
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林;王壽珍

技術領域：

本發明涉及一種模具鋼基體碳化鎢增強復合材料表面強化層，屬于表面材料制備及表面加工技術領域。

背景技術：

目前，模具表面缺陷的修復或強化采用的是電弧堆焊、電火花沉積、電刷鍍、激光熔覆或“噴涂+重熔”等工藝制備模具表面修復層或強化層。H13鋼(美國牌號)是世界范圍內普遍使用的強韌兼具的熱作模具鋼，相當于國內的4Cr5MoSiV1，日本的SKD61和德國的1.2344。因含有較高的碳和釩，該鋼具有高的淬透性、抗熱裂能力、良好的耐熱性和熱強性以及較高的抗回火穩定性。基于該鋼良好的綜合性能，在錘鍛模、熱擠壓模和壓鑄模方面都得到了廣泛應用。但由于熱作模具鋼的工作條件惡劣，不僅要反復經歷高溫-低溫熱循環作用，而且要承受較大的交變應力，使得模具表面常常因磨損或熱疲勞產生缺陷，所以模具表面強化(延壽技術)與缺陷修復一直是相關企業要解決的關鍵技術問題之一(趙峰：表面工程技術在模具制造中的應用與進展.機械工程與自動化，2009(5)，189-191)。

模具表面強化延壽技術是在模具的型腔易損部位沉積一層耐磨改性層，改性后模具工作表面具有高的硬度，而內部仍具有良好的韌性，因而能夠提高模具的使用性能，充分發揮模具材料的性能潛力。模具修復技術是對模具已損壞的部位進行修復，并使其恢復原狀(形狀和性能)，加工處理后的模具能繼續使用，從而延長了模具的使用壽命。目前，常用的模具表面修復或強化的主要工程手段有電弧堆焊、電火花沉積、電刷鍍和激光熔覆等方法(郭小燕等：表面技術在模具修復中的應用進展.表面技術，2007，36(6)，70-73)。在制備模具表面修復(強化)層的工藝方法中，電弧堆焊往往由于熱輸入量很大，在被修復模具上造成的熱影響區很大，容易導致模具變形甚至開裂；電火花沉積方法，由于沉積層與基體的結合質量不確定，特別是孔隙率和致密性不連續，有些擬用的修復材料，如合金系統成分復雜，或對于高硬度、高強度材料，難以加工成電極要求的絲材或棒材，而且當修復量較大時，生產效率極低，修復成本很高(徐東等：電火花表面處理技術在模具上的應用.裝備制造技術，2010，4：150-153)；對于電刷鍍方法，鍍層一般很薄，大都小于0.3mm，而且因為鍍層與基體的結合是一種機械結合，所以與基體結合強度較低，使以上各種方法的實際應用受到很大限制(趙瑋霖等：汽車模具的電刷鍍和噴焊快速修復.模具工業，2007，33(2)，64-66)；激光熔覆法由于設備一次投資大，推廣和應用還有一定困難(江勝波等：激光熔覆修復報廢鍛壓模具涂層組織與性能研究.材料熱處理技術，2009(38)，86-88)。

發明內容：

發明的目的和要解決的問題：

通常熱作模具的服役條件比較惡劣，由于模具材料長期承受熱疲勞或交變應力作用而產生各種表面缺陷，本發明的一種模具鋼基體碳化鎢增強復合材料表面強化層及其制備工藝，是采用等離子噴焊技術在模具鋼表面制備碳化鎢增強的復合材料表面層，達到修復缺陷或強化基體的作用，恢復并延長模具的使用壽命。

實現本發明的技術方案是：

一種模具鋼基體碳化鎢增強復合材料表面強化層，其化學成分按重量百分比為：C：1.85-2.45，Si：2.90-3.85，Cr：12.45-15.25，B：3.10-3.65，W：7.55-8.50，Co：2.20-2.85，Fe：4.50-5.50，余量：Ni，噴焊層內的主要強化相有WC、Cr₇C₃、Ni₄B₃和Co₇W₆。

一種用于上述模具鋼基體碳化鎢增強復合材料表面強化層的制備工藝，采用等離子噴焊，具體步驟如下：

a)準備模具鋼基體材料，將表面用脫脂棉蘸丙酮擦拭去油；

b)采用鎳基自熔性合金粉末NiCrBSi混入重量比為10-20％的鈷基碳化鎢WC/Co粉末，其中WC：88％，Co：12％，機械攪拌混合均勻后放入送粉器，噴焊粉末合金的總重量根據噴焊層的要求的厚度和面積確定；

c)等離子噴焊系統采用的是氬與氫構成的混合氣體，其中氫氣的比例為20％-25％，引燃等離子弧，調節電弧電流為23-25A，電壓為35-38V，待電弧穩定后開始自動送粉噴焊，控制噴焊速度為15-20cm/min，送粉率為70-80g/min，保持噴焊距離為15-20mm；