[發明專利]一種表面雙層結構壓鑄模具及其制備方法

在審

• 申請號: 201711409123.0
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN107900309A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 楊冠軍;宋忠孝;朱曉東;李雁淮;錢旦;孔文
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B22D17/22
• 分類號: B22D17/22;C23F17/00;C21D7/06;C21D10/00;C23C30/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明屬于涂層制備技術領域，具體涉及一種表面雙層結構壓鑄模具及其制備方法。

背景技術

壓鑄是一種利用高壓將金屬溶液強制壓入金屬模具內，并在壓力下凝固形成鑄件的一種精密鑄造法。經鑄造得到的金屬具有低密度，高強度，成型性好，耐腐蝕等優點，采用壓鑄技術還能夠提高材料的利用率，同時能以低成本，高速度和高精度壓鑄出形狀復雜和表面質量好的零部件。

壓鑄模具作為壓鑄生產的關鍵設備，其性能的優劣將直接影響鋁合金壓鑄件的質量和成本。熱作模具鋼是目前應用較廣的壓鑄模具材料。由于壓鑄模具在使用過程中容易受到腐蝕、沖刷、沾粘等損壞，而且由于在壓鑄生產中要經受頻繁的冷熱循環在壓鑄模具表面易形成疲勞裂紋。雖然目前可通過一定程度的合金成分的調整可在一定程度上提高熱作模具鋼壓鑄模具的性能，但其性能仍無法滿足實際需要。

在壓鑄模具表面制備雙層結構的保護層可大幅度提高模具的抗沾粘、耐磨、耐熱性能，降低模具冷熱循環過程中的疲勞裂紋，減少模具清洗、損害的生產成本，從而提高模具的質量和延長模具壽命。但是，當前在壓鑄模具表面通過滲硼處理等手段雖然能夠顯著提高其在熔融金屬中的耐腐蝕及耐磨性能，但由于滲硼層自身脆性較大，結構不致密以及滲層較薄，在使用過程中容易發生涂層失效。

發明內容

為了克服上述現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種表面雙層結構壓鑄模具及其制備方法，通過在模具基體上制備具有保護模具基體的雙層結構，該結構由強度、硬度、抗疲勞性均提高的變形過渡層和具有高強特性的抗粘連附著，能夠有效提高壓鑄模具的耐磨性、耐壓性、抗疲勞性和抗粘連性能。

本發明是通過以下技術方案來實現：

本發明公開了一種表面雙層結構壓鑄模具，包括模具基材均質層和由下至上依次設置在其上方的表面變形過渡層和表面抗粘連附著層；其中：

表面變形過渡層是基于微觀組織變形改變模具基體材料原有微觀結構形成的表層區域，表面變形過渡層的厚度為0.05～300μm；

表面抗粘連附著層是基于材料沉積在基體材料表面形成的表面附著層，表面抗粘連附著層的厚度為表面變形過渡層厚度的0.05～3倍。

優選地，所述表面變形過渡層的塑形變形ε為20％～300％的單次變形或單次變形幅度為3％～200％的多次變形，其組織呈現位錯的纏結網絡結構。

優選地，表面變形過渡層的位錯密度比模具基材均質層高10～10000倍，晶粒尺寸或亞晶粒尺寸為模具基材均質層的1/5以下，且粒徑為20nm～800nm。

優選地，所述表面抗粘連附著層是由金屬元素和非金屬元素為成分的涂層。

優選地，表面抗粘連附著層選自氧化鋁、氧化鋯、TiAlN、TiAlCN、SiC、碳化鈦、氧化鉻、TiNAlC、氮化鈦、氧化鈦或ZrB₂。

本發明還公開了上述的表面雙層結構壓鑄模具的制備方法，包括以下步驟：

1)在清潔處理過的模具基材均質層表面進行形變處理，制備厚度為0.05～300μm的表面變形過渡層；

其中，形變處理是在模具基材均質層表面施加壓力使其產生強烈塑形變形改變表面微觀結構；

2)在制得的表面變形過渡層表面采用氣相沉積法沉積一層抗粘連附著層，表面抗粘連附著層的厚度為表面變形過渡層厚度的0.05～3倍；

3)經冷卻后，制得表面雙層結構壓鑄模具。

優選地，清潔處理是采用溶劑超聲波清洗或輝光放電清潔模具基材均質層。

優選地，步驟1)中，形變處理采用激光沖擊，激光沖擊模具表面1～10次，激光束的激光功率密度為1×10⁹W/cm²～9×10⁹W/cm²，脈沖寬度為10～200ns，沖擊壓力>1GPa。

優選地，步驟1)中，形變處理采用噴丸沖擊，噴丸所用彈丸為鑄鋼丸、鑄鐵丸、玻璃丸和陶瓷丸中的一種或幾種，彈丸的硬度為40～70HRC，彈丸速度>70m/s，表面粗糙度為20～145um，噴丸粒度優選5～50目。

優選地，步驟2)中，氣相沉積法采用激光化學氣相沉積法、金屬有機化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：