[發(fā)明專利]一種具有自潤滑涂層的鎳基超耐熱合金沖壓模具

無效

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• 申請日: 2011-06-16
• 公開（公告）號: CN102389922A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發(fā)明（設計）人: 鄭霞
• 申請（專利權(quán)）人: 昆山市瑞捷精密模具有限公司
• 主分類號: B21D37/10
• 分類號: B21D37/10;B21D37/18;B32B9/04;B32B15/00;C22C19/05
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種沖壓模具，更具體的說，涉及一種具有自潤滑涂層的鎳基超耐熱合金沖壓模具。

背景技術(shù)

模具廣泛應用于沖壓成型加工。對于沖壓成型的模具一般需要具有以下性能：

(1)高溫環(huán)境下，具有很好的鋼性、耐機械沖擊強度及高的硬度。

(2)在反復以及快速加熱冷卻的熱沖擊下，模具不產(chǎn)生裂紋或變形。

(3)高溫條件下，模具成型表面與成型金屬不發(fā)生化學反應。

(4)模具在高溫條件下不會發(fā)生高溫氧化現(xiàn)象。

(5)加工性能好，易加工成高精度以及高表面光潔度的表面。

傳統(tǒng)的用于澆注高熔點金屬或玻璃等物質(zhì)的模具大多采用不銹鋼或者鎳基耐熱合金鋼作為模具材料，但是這種模具容易發(fā)生高溫氧化，在反復的熱循環(huán)作用下，材料的內(nèi)部晶相結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，并且表面質(zhì)量也變差，從而容易導致模具失效。

為了解決上述問題，硬質(zhì)的金屬氧化物陶瓷顆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，很難加工成所需的特定形狀。所以以超硬合金或者耐高溫合金為模具基體，在其表面形成耐磨、耐高溫腐蝕或具有其它特殊性能的涂層的復合結(jié)構(gòu)模具成為行業(yè)發(fā)展的新方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有自潤滑功能的鎳基超耐熱合金沖壓模具，該沖壓模具可以用來可提高模具的起模性能以及顯著延長該模具的使用壽命。

為此本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種具有自潤滑功能的鎳基超耐熱模具，其具有以下層結(jié)構(gòu)：

(1)一種鎳基超耐熱合金沖壓模具作為基底；

(2)施加于基底上的中間過渡層，所述的中間層為NiCrAlY涂層；

(3)施加于中間層上的阻擋層，所述的阻擋層為TiN或者TaN涂層；

(4)施加于阻擋層上的具有自潤滑功能的涂層，所述的自潤滑功能涂層包含BN。

其中，所述的鎳基超耐熱合金的組成和成分為：Cr：10-20wt％、Al或Ti：2-8wt％、B或C：0.1-12wt％、Mo或Nb或W或Ta或Fe：0.1-12wt％和余量的Ni以及不可避免的雜質(zhì)，其中不可避免的雜質(zhì)的總含量低于0.15wt％，雜質(zhì)元素每一種的質(zhì)量百分比含量都低于0.05wt％。

其中，所述的NiCrAlY涂層中，Ni的質(zhì)量分數(shù)為：75-83.5wt％，Cr的質(zhì)量分數(shù)為：8-15wt％，Al的質(zhì)量分數(shù)為2.5-7.5wt％和余量的Y。

其中，自潤滑功能涂層中，含氮化硼：45-78wt％，含硼：22-55wt％。

其中，中間過渡層的厚度為5um-100um，優(yōu)選其厚度為5um-20um。

其中，阻擋層的厚度為10um-50um，優(yōu)選其厚度為10um-25um。

其中，自潤滑涂層的厚度為500um-5mm，優(yōu)選其厚度為2mm-5mm。

可以噴涂的方法形成NiCrAlY涂層，然后在保護氣氛下退火形成中間過渡層。所述的保護氣氛退火是指真空退火或惰性氣體退火或者還原氣氛退火，所述的保護性氣體可以選自由N₂、Ar、H₂或者它們的任意組合所組成的組中。

其中，可以使用固滲的方法形成阻擋層，即首先在通過粉末固體或者液體滲鈦或鉭，然后在含氮氣氛中退火，形成TiN或者TaN涂層。

其中，自潤滑功能的表面涂層通過噴涂含氮化硼以及硼的粉末形成。噴涂時，其工藝參數(shù)為：工作電壓：25-40V；噴涂距離為：100-250mm；空氣壓力為0.5-0.9MPa。自潤滑涂層的厚度為500um-5mm，優(yōu)選其厚度為2mm-5mm。

使用中間層可以防止基底層在高溫澆鑄過程發(fā)生高溫氧化現(xiàn)象，另外也加強了基底與涂層之間的粘結(jié)強度，使用阻擋層防止了內(nèi)部的金屬層(基底層和NiCrAlY合金層)經(jīng)過擴散作用，其中的金屬原子擴散至表面的自潤滑功能涂層中，損害自潤滑功能涂層的自潤滑功能。

通過本發(fā)明的方法制備的鎳基超耐熱模具，具有NiCrAlY中間層、TiN或者TaN阻擋層和含有硼的氮化硼涂層，由于基底與涂層之間彼此相鄰設置且原子結(jié)構(gòu)大致相近，因此，相鄰的涂層不會因為原子缺陷等問題，產(chǎn)生內(nèi)應力并造成涂層之間粘結(jié)性差的問題，通過本發(fā)明的涂層結(jié)構(gòu)設計，中間層及阻擋層可以增加含有硼的氮化硼涂層與基底的之間的鎳基超耐熱模具之間的粘結(jié)力。并且，本發(fā)明的自潤滑涂層中，除了作為硬質(zhì)相的氮化硼之外，還有特定數(shù)量的硼，可以降低表面涂層的內(nèi)部應力及其摩擦系數(shù)。因此，采用本申請所述結(jié)構(gòu)的模具，可增加模具的使用壽命及其使用性能。

具體實施方式