[發明專利]一種模具鋼激光增材修復與PVD涂層強化方法

在審

• 申請號: 202011533225.5
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112538627A
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 肖輝;肖文甲;謝盼;康海燕
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: C23C28/00
• 分類號: C23C28/00;C23C24/10;C23C14/06
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 胡昌國

本發明公開了一種模具鋼激光增材修復與PVD涂層強化方法。首先，對待修復模具表面進行前處理，包括待修復區機械加工、清潔、噴砂及烘干；采用激光增材修復工藝對模具進行修復，其中工藝參數如下：激光功率為1500?2000W，掃描速度為15～18mm/s，光斑直徑為4～6mm，送粉量為25?30g/min，搭接量50%；對修復模具表面進行后續機加工，再進行噴砂及超聲清洗；放入PVD爐內，進行氬離子清洗，然后打開靶材，通入氮氣，沉積PVD硬質膜；獲得具有高硬、高耐磨表面的模具鋼增材修復零件，模具表面硬度可達2500HV，耐磨性提高約5倍。

技術領域

本發明涉及激光金屬材料加工領域，尤其涉及一種模具鋼激光增材修復與PVD涂層強化方法。

背景技術

模具被譽為“工業之母”，廣泛應用于機械、汽車、航空、軍工、能源等領域。模具在服役過程中因受到復雜熱力循環作用，易產生磨損、裂紋、疲勞等，導致模具失效，影響產品質量，甚至導致停產，嚴重造成經濟損失。增材再制造技術基于數字模型驅動的金屬增材修復技術，可將磨損或失效模具進行修復與升級改造。激光增材再制造技術是當前最流行的綠色再制造技術之一，它以高能束激光為熱源，具有熱量輸入低、稀釋小、熱影響區小及變形小等特點，在高附加值模具的再制造領域具有廣闊的應用前景。通常，在相同的服役環境下，模具修復區在后期服役過程中極可能再次出現磨損等失效情況。因此，有必要對模具修復區進行表面改性處理。物理氣相沉積(PVD)涂層具有高的表面硬度、良好的熱穩定性和耐磨性，有望有效提高模具的使用壽命，降低生產成本和保證加工產品的質量。但目前在激光增材修復模具鋼表面進行 PVD涂層強化的研究尚未見報道。本發明公開一種模具鋼激光增材修復與PVD涂層強化方法，該方法能在保證模具修復質量的情況下，同時提高修復模具的表面性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種模具鋼激光增材修復與PVD涂層強化方法。

一種模具鋼激光增材修復與PVD涂層強化方法，包括以下步驟：

步驟一：對待修復模具表面進行前處理，包括待修復區機械加工、清潔、噴砂及烘干；

步驟二：采用激光增材修復工藝對模具進行修復，其中工藝參數如下：激光功率為1500-2000W，掃描速度為15～18mm/s，光斑直徑為4～6mm，送粉量為25-30g/min，搭接量50%；

步驟三：對修復模具表面進行后續機加工，恢復模具尺寸及精度，再進行噴砂及超聲清洗；

步驟四：將修復模具放入PVD爐內，進行氬離子清洗；

步驟五：打開靶材，通入氮氣，沉積PVD硬質膜；

步驟六：進行模具修復與改性后續處理，退火溫度400℃，退火時間2h，獲得具有高硬、高耐磨表面的模具鋼增材修復零件。

在步驟二中，激光掃描速度V的數值根據P/200≤V≤P/120原則進行選取，其中P為激光功率，單位為W，V的單位為mm/s；合金粉末為混合粉，其中包括質量分數為95%的A100合金鋼粉末，3%的純鉻粉與2%的純鋁粉，填充路徑為交叉掃描路徑。

在步驟四中，氬離子清洗工藝參數為：當PVD爐腔內真空度為小于5′10^-3 Pa時，通入氬氣并控制流量在100～300 sccm，氣壓小于0.3 Pa，樣品溫度400～550℃，負偏壓550V，轟擊時間7～12 min。

在步驟五中，沉積PVD硬質涂層工藝參數為：真空度調節為0.25～5.8 Pa，偏壓為-45～-175 V，通入氮氣，氣壓為2.2～5.5 Pa，溫度控制在420～485℃，靶材為AlCr靶，靶材電流75～115 A，沉積3.8～5.8 h，制得PVD硬質膜層。

所述的模具鋼，包括冷作模具鋼(如Cr12MoV)、熱作模具鋼(如H13)和塑料模具鋼(如40Cr)。