[發明專利]一種熱作模具納米薄膜制備工藝

在審

• 申請號: 201910230404.2
• 申請日: 2019-03-26
• 公開（公告）號: CN110029340A
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 孫志永
• 申請（專利權）人: 蘇州華業新材料科技有限公司
• 主分類號: C23C22/60
• 分類號: C23C22/60;C23C22/05;C23C26/00
• 代理公司: 北京科家知識產權代理事務所(普通合伙) 11427
• 代理人: 張麗

本發明公開了一種熱作模具納米薄膜制備工藝，其特征在于，其包括如下步驟：（1）將模具表面采用丙酮、無水乙醇和去離子水依次超聲清洗，完畢后采用大量去離子水沖洗干凈；（2）模具經清洗后，用堿溶液處理使模具表面獲得若干羥基；（3）將處理后的模具置入硅烷溶液中浸泡一定時間后取出，取出后用去離子水反復沖洗并用氮氣吹干，放置到100℃環境中保溫加熱一定時間，得到硅烷處理的模具；（4）將硅烷處理的模具浸入石墨烯懸浮液中保持一定溫度，加熱時間為2～24h，取出后用去離子水洗凈，而后用氮氣吹干，在模具表面形成石墨烯薄膜。本發明的基于納米薄膜制備技術的石墨烯熱作模具有使用壽命長，耐磨耐疲勞性能高，生產成本低等特點。

技術領域

本發明涉及模具表面處理技術領域，具體為一種熱作模具納米薄膜制備工藝。

背景技術

當前，模具主要包括：冷作模、塑料模具和熱作模等。相比來說，熱作模工作條件更加惡劣，因為它們需要與液態的金屬或加熱的坯料進行直接接觸，且不斷地被加熱和冷卻，同時還承受著沖擊載荷的作用，因此，熱作模對于熱作模具鋼的性能要求更高。但熱作模具鋼在反復的冷熱疲勞與高溫磨損中，會因為熱作模具鋼的部分區域強度不足而導致熱作模具鋼坍塌的情況出現，這也是多年難以解決的技術問題。研究出一種新型的熱作模具鋼材料是一種出路。模具性能隨著表面處理的技術改變而改變，可通過表面處理來增加模具鋼的表面性能來提高模具的壽命，是提高模具鋼使用性能的有效途徑。

熱作模具是對金屬產生擠壓變形和傳遞擠壓力的關鍵部件，由于其復雜結構，高尺寸精度及工作服役時高溫、高壓的復雜磨損狀態，導致模具極易磨損、且損耗量極大。熱作模具的主要失效形式包括：應力疲勞裂紋、熱疲勞裂紋、磨損和塑性變形等。

為了提高模具的使用壽命，常采用的傳統滲氮技術強化模具表面。滲氮強化工藝通常在470-550℃的高溫、密閉下進行。滲氮技術的優點有：一是設備簡單；二是在模具表面能夠形成較厚的滲氮擴散層。但是，隨著科學技術的進步和人們環保意識的提高，滲氮技術暴露出越來越多的缺點：首先，滲氮處理需要將模具加溫至470-550℃，然而，在550℃以上促使模具鋼相變，會發生淬火現象，改變鋼體機械性質，從而降低了模具的使用壽命；其次，滲氮技術對操作工人的技術水平有限制；第三，滲氮工藝處理周期長，通常需要18～22小時；第四，滲氮技術只能滿足承受輕、中等載荷的耐磨、耐疲勞要求；第五，滲氮處理對環境污染嚴重，并且工作環境差，對工作人員的身體健康傷害大。因此，模具行業迫切需要采用新技術來取代滲氮技術，延長模具的使用壽命，保護工作人員的身體健康，并且滿足環保要求。

發明內容

為了克服上述問題，本發明提供一種熱作模具納米薄膜制備工藝。其采用納米薄膜制備技術，在熱作模具表面制備石墨烯納米薄膜，相對于現行的滲氮強化技術，石墨烯熱作模納米薄膜制備技術具有工藝溫度低，處理時間短，使用效果是傳統滲氮技術的3～5倍，對待處理的基材無限制。而且，納米涂層技術是一種綠色環保技術，符合當今社會的環保要求。

本發明的技術方案是提供一種熱作模具納米薄膜制備工藝，其特征在于，其包括如下步驟：

（1）將模具表面采用丙酮、無水乙醇和去離子水依次超聲清洗，完畢后采用大量去離子水沖洗干凈；

（2）模具經清洗后，用堿溶液處理使模具表面獲得若干羥基；

（3）將處理后的模具置入硅烷溶液中浸泡一定時間后取出，取出后用去離子水反復沖洗并用氮氣吹干，放置到100℃環境中保溫加熱一定時間，得到硅烷處理的模具；

（4）將硅烷處理的模具浸入石墨烯懸浮液中保持一定溫度，加熱時間為2～24h，取出后用去離子水洗凈，而后用氮氣吹干，在模具表面形成石墨烯薄膜。

進一步的，所述步驟（2）中，所述堿溶液優選為KOH水溶液；