[發明專利]高溫仿生自潤滑熱作模具材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710735974.8
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN107520446B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 王華君;李夢璐;燕松山;周春楊;姚振華;甘康康
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B22F3/11
• 分類號: B22F3/11;B22F3/26;B22F10/28;B33Y10/00;B33Y70/00;B33Y80/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

本發明公開了一種高溫仿生自潤滑熱作模具材料，包括基體骨架和固體潤滑材料，基體骨架為合金粉末通過快速成形技術制備而成的具有分布規律的微孔結構的金屬骨架，金屬骨架內的微孔之間相互連接貫通，固體潤滑材料儲存在金屬骨架的內部微孔中以在模具工作時析出起到潤滑減摩作用。本發明提出的高溫仿生自潤滑熱作模具材料，解決了潤滑劑與基體浸潤性能差，潤滑劑與基體界面結合強度低以及燒結過程固體潤滑劑燒損不足，基體胞孔形狀與分布難以控制，導致微孔連通性存在缺陷及材料強度隨機性的問題。

技術領域

本發明涉及熱作模具材料技術領域，尤其涉及一種高溫仿生自潤滑熱作模具材料及其制備方法。

背景技術

模具在服役過程中，由于待成形金屬的變形流動，在模具表面產生激烈的摩擦，使得模具表層材料磨損，模具的加工外形及粗糙度發生變化，從而造成被加工零件的形狀、尺寸和表面質量不符合要求，此時模具則失效。而潤滑是減少摩擦降低模具磨損的最為有效的措施。

尤其熱作模具在工作時，與熱態金屬相接觸，會引起模腔表層金屬受熱，模腔表層金屬產生熱磨損與熱疲勞(龜裂)這兩方面的問題。通常采用的潤滑劑是液態高溫潤滑油脂。在高溫高壓的工作條件下，最初加注的液態油脂成分首先蒸發，僅僅殘留固體成分起到潤滑作用，其粘性會隨溫度的升高呈指數下降，承載性能變差。模具的摩擦部位直接與坯料直接接觸，會使模具的磨損情況加重，不足以維持模具長時間的良好潤滑，故短期內需要再次加注高溫潤滑脂，這導致液態高溫潤滑脂的利用率低，工件的生產成本及對模具的維護成本增加。在此極端環境下，普通的液態潤滑油、潤滑脂已不能適用成形工藝的要求。同時，揮發的潤滑脂被人體吸入后易引起頭暈、惡心等不適，且潤滑脂對水體、土壤和大氣造成污染，它的使用嚴重的影響了環境保護與社會的可持續發展。

相對液態潤滑劑而言，固態潤滑劑具有承載能力高、高溫化學穩定性好等優點，具有良好的潤滑性能；同時不易揮發，污染小，利用率高。高溫自潤滑材料是一種新的固態潤滑材料，理想高溫固體自潤滑材料的組元應包括高溫抗氧化和高強度基體、耐磨相和固體潤滑劑，利用熱力耦合作用驅動基體材料中的潤滑劑向摩擦表面析出并擴散。高溫自潤滑模具材料適應了建設資源節約型、環境保護型社會的需求，促進社會可持續發展。因此，如何采用新技術方法將固體潤滑劑與模具結合，制備高溫自潤滑熱作模具材料將成為零部件高溫成形工程上的研究熱點。

高溫自潤滑材料的制備主要包括利用各種制膜技術、混元法。通過制膜技術制作出的涂層和覆膜使用壽命短，工業上的使用受到限制。混元法是直接將固體潤滑劑粉末添加到基體材料中，通過熱壓、燒結、熔煉等技術制備成整體復合材料。然而，在高溫燒結過程中，固體潤滑劑容易燒損，影響材料的潤滑特性，會直接導致材料的強度、韌性以及耐磨性的降低。現有技術混元法則存在基體胞孔形狀與分布難以控制，甚至形成局部堵塞的問題，造成自潤滑效果減弱。同時，也造成基體承載能力存在隨機性等缺點。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種高溫仿生自潤滑熱作模具材料及其制備方法，旨在解決潤滑劑與基體浸潤性能差，潤滑劑與基體界面結合強度低以及燒結過程固體潤滑劑燒損不足，基體胞孔形狀與分布難以控制，導致微孔連通性存在缺陷及材料強度隨機性的問題。

為實現上述目的，本發明提供一種高溫仿生自潤滑熱作模具材料，包括基體骨架和固體潤滑材料，所述基體骨架為合金粉末通過快速成形技術制備而成的具有分布規律的微孔結構的金屬骨架，金屬骨架內的微孔之間相互連接貫通，固體潤滑材料儲存在金屬骨架的內部微孔中以在模具工作時析出起到潤滑減摩作用。

優選地，所述快速成形技術包括激光直接燒結技術、激光選區燒結技術和激光選區熔化技術。

優選地，所述基體骨架采用Co-Cr合金、H13鋼、GH2135、5CrMnMo或5CrNiMo合金粉末制成。