[發明專利]冷沖模具及其制備方法

有效

• 申請號: 201410659867.8
• 申請日: 2014-11-18
• 公開（公告）號: CN104525681A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 許云華;趙娜娜;盧正欣;梁淑華;燕映霖;鐘黎聲;葉芳霞;任冰;鄒軍濤;肖鵬
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: B21D28/14
• 分類號: B21D28/14;B21D28/34;B21D37/20;B26F1/14;B26F1/44;B23P15/24
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 李娜

技術領域

本發明涉及一種具有耐磨涂層的冷沖模具及其制備方法，尤其涉及一種具有耐磨碳化物涂層復合冷沖模具及其制備方法，具體涉及一種應用于碳鋼表面的耐磨碳化物涂層復合冷沖模具及其制備方法。

背景技術

冷沖模具，為主要用于制造對金屬或非金屬板材進行下料、沖孔用的凸模和凹模。當薄板放在凸模、凹模之間進行沖裁時，薄板在最初階段產生變形，隨著變形量的增加，薄板的下側表面因受到大的拉應力而產生開裂。在使用過程中，隨著凹模和凸模的磨損量的增加，其刃部的尖角逐步變為圓角，導致薄板下側產生的拉應力降低，薄板厚度方向受到壓縮，增加了被沖裁板料的加工硬化和變形、延遲了板料產生裂紋的時間，坯料切斷后，其斷口周圍產生毛刺，隨著模具磨損量的增加，工件的毛刺高度增加，當毛刺高度超過規定要求時，模具就需要更換或返修。

冷沖模具鋼在工作時，由于被加工材料的變形抗力比較大，模具的工作部分承受很大的壓力、彎曲力、沖擊力及摩擦力。因此，冷沖模具的正常報廢原因一般是磨損。冷沖模具在制造過程中，既需要模具表面或局部具有較高的硬度和耐磨性，又要使內部具有較好的韌性，而這種綜合要求正是制約冷沖模具鋼實際應用的瓶頸問題。所以也相應形成了一些適于做冷沖模具用的鋼種，例如，發展了高耐磨、微變形冷沖模具用鋼及高韌性冷沖模具用鋼等。目前可選用制造冷沖模具的有高速鋼、超硬高速或硬質合金等，但其綜合性能有限，高的耐磨性與強的韌性不可兼得。冷沖模具使用過程中出現的過載失效、磨損失效及疲勞失效，其中只有磨損失效之后可以再次修復使用。因此，有必要利用表面工程技術對冷沖模具鋼零部件進行表面改性或處理以提高其表面硬度和耐磨性，以使冷沖模具鋼的潛在性能得以充分發揮。

碳化物材料的涂層是現階段使用較多一種材料，其具有硬度高、耐磨損性能優越的特點，以涂層方式覆蓋在金屬合金基體表面可以提高由基體材料制備的零部件的耐磨性與壽命。碳化物材料具有硬度高、耐磨損性能優越的特點。其中WC是一種常見涂層材料，其有如下特點特性：

(1)碳化鎢具有高強度、高硬度及高模量；

(2)WC韌性好、抗沖擊載荷及抗磨性好，與基體結合具有較好的抗界面腐蝕能力，而且它與鋼鐵潤濕性好，二者之間的潤濕角為零；

(3)其次，我國是鎢的富產國，所以選擇WC作為增強相在技術、經濟和社會效益上都十分合適。因此，WC涂層被廣泛地用作無屑冷熱金屬加工工具、切削刀具、各種模具、耐磨耐熱耐蝕零件表面等。

目前金屬材料表面涂層技術有：激光熔覆法、高溫自蔓延燒結技術、粉末冶金技術、材料氣相沉積技術(包括：化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD))等，但這些方法，存在生產設備要求苛刻、生產效率低、涂層結合強度低等不足。

因此如何在冷沖模具工作表面獲得WC相的涂層，并且選擇一種生產設備簡單、工藝流程短的制備方法，獲得與基體結合力好、不易脫落且力學性能、耐磨性能優異的涂層是亟待解決的問題。

發明內容

針對上述現有技術存在的缺陷和不足，本發明的目的在于提供一種冷沖模具，其工作部位的表面具有一種耐磨涂層，而模具基體為碳鋼基體，該耐磨涂層為WC致密陶瓷層，其具有很高的硬度和很好的耐磨性和斷裂韌性；并且進一步地，提供一種用于獲得上述冷沖模具的制備方法。

進一步地，本發明還提供一種復合冷沖模具，其凹模刃口表面具有一種梯度復合涂層，所述梯度復合涂層為碳化物涂層，其優選被涂覆于冷沖模具基體表面，以提高其表面的耐磨性和斷裂韌性，特別是碳鋼表面，并且提供一種用于獲得上述涂層的制備方法。

所述冷沖模具，在其凹模刃口表面具有耐磨涂層。

為實現本發明目的，本發明采用了如下技術方案：

一種冷沖模具，其凹模刃口表面具有耐磨涂層，該耐磨涂層包括WC致密陶瓷層，WC致密陶瓷層為準單晶相，所述準單晶相是指，介于多晶相與單晶相之間，相較于多晶相，晶向一致性高、晶界明顯減少，并且原子排列比較有序的組織。

更優選地，沿WC致密陶瓷層縱向剖面，其厚度為50-180μm，優選為100-180μm；優選地，其中WC的體積分數大于80％，優選大于85％，其粒徑為10-50μm，優選為20-50μm。

此外，本發明還提供一種冷沖模具，其凹模刃口表面具有梯度復合涂層，所述梯度復合涂層為碳化物涂層，包括依次呈梯度分布的WC致密陶瓷層、微米WC陶瓷層、WC與基體的融合層。

優選地，WC致密陶瓷層為準單晶相，所述準單晶相是指，介于多晶相與單晶相之間，相較于多晶相，晶向一致性高、晶界明顯減少，并且原子排列比較有序的組織。