專利名稱：一種具有硬膜結(jié)構(gòu)的鎳基超耐熱合金沖壓模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種沖壓模具，更具體的說(shuō)，涉及一種具有硬膜結(jié)構(gòu)的鎳基超耐熱合金沖壓模具。
背景技術(shù)：
模具廣泛應(yīng)用于沖壓成型加工。對(duì)于沖壓成型的模具一般需要具有以下性能(1)高溫環(huán)境下，具有很好的鋼性、耐機(jī)械沖擊強(qiáng)度及高的硬度。(2)在反復(fù)以及快速加熱冷卻的熱沖擊下，模具不產(chǎn)生裂紋或變形。(3)高溫條件下，模具成型表面與成型金屬不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。(4)模具在高溫條件下不會(huì)發(fā)生高溫氧化現(xiàn)象。(5)加工性能好，易加工成高精度以及高表面光潔度的表面。傳統(tǒng)的用于澆注高熔點(diǎn)金屬或玻璃等物質(zhì)的模具大多采用不銹鋼或者鎳基耐熱合金鋼作為模具材料，但是這種模具容易發(fā)生高溫氧化，在反復(fù)的熱循環(huán)作用下，材料的內(nèi)部晶相結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，并且表面質(zhì)量也變差，從而容易導(dǎo)致模具失效。為了解決上述問(wèn)題，硬質(zhì)的金屬氧化物陶瓷顆粒以及超硬的合金被用于制造模具。但是由于所述的材料硬度非常高，很難加工成所需的特定形狀。所以以超硬合金或者耐高溫合金為模具基體，在其表面形成耐磨、耐高溫腐蝕或具有其它特殊性能的涂層的復(fù)合結(jié)構(gòu)模具成為行業(yè)發(fā)展的新方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有硬膜結(jié)構(gòu)的鎳基超耐熱合金沖壓模具，該沖壓模具可以用來(lái)可提高模具的起模性能以及顯著延長(zhǎng)該模具的使用壽命。為此本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種具有硬膜結(jié)構(gòu)的鎳基超耐熱合金模具，其具有以下層結(jié)構(gòu)(1) 一種鎳基超耐熱合金沖壓模具作為基底；(2)施加于基底上的中間過(guò)渡層，所述的中間層為NiCrAlY涂層；(3)施加于阻擋層上的具有硬膜結(jié)構(gòu)的涂層，所述的硬膜結(jié)構(gòu)涂層包含SiC、Si3N4 和B。其中，所述的鎳基超耐熱合金的組成和成分為Cr :10-20wt%、Al或Ti :2-8wt%, B或C :0. l-12wt%, Mo或Nb或W或Ta或！^ :0. l_12wt%和余量的Ni以及不可避免的雜質(zhì)，其中不可避免的雜質(zhì)的總含量低于0. 15wt%，雜質(zhì)元素每一種的質(zhì)量百分比含量都低于 0. 05wt%。其中，所述的NiCrAlY涂層中，Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75-83. 5wt%,Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 8-15wt%,Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2. 5-7. 5wt%和余量的Y。其中，硬膜結(jié)構(gòu)涂層中，含SiC :35-48wt%，含Si3N4 :18_36wt%，余量為B。其中，中間過(guò)渡層的厚度為5um-100um，優(yōu)選其厚度為5um_20um。
其中，硬膜結(jié)構(gòu)的厚度為lmm-5mm，優(yōu)選其厚度為lmm-3mm?？梢試娡康姆椒ㄐ纬蒒iCrAlY涂層，然后在保護(hù)氣氛下退火形成中間過(guò)渡層。所述的保護(hù)氣氛退火是指真空退火或惰性氣體退火或者還原氣氛退火，所述的保護(hù)性氣體可以選自由N2、Ar、H2或者它們的任意組合所組成的組中。 其中，硬膜結(jié)構(gòu)的表面涂層通過(guò)噴涂含氮化硼以及硼的粉末形成。噴涂時(shí)，其工藝參數(shù)為工作電壓25-40V ；噴涂距離為100-250mm ；空氣壓力為0. 5-0. 9MPa。硬膜結(jié)構(gòu)的厚度為500um-5mm，優(yōu)選其厚度為2mm-5mm。使用中間層可以防止基底層在高溫澆鑄過(guò)程發(fā)生高溫氧化現(xiàn)象，另外也加強(qiáng)了基底與涂層之間的粘結(jié)強(qiáng)度，并且防止了內(nèi)部的金屬層經(jīng)過(guò)擴(kuò)散作用，其中的金屬原子擴(kuò)散至表面的硬膜結(jié)構(gòu)涂層中，損害硬膜結(jié)構(gòu)涂層的硬膜結(jié)構(gòu)。通過(guò)本發(fā)明的方法制備的鎳基超耐熱模具，具有NiCrAlY中間層和含有SiC、Si3N4 和B硬膜結(jié)構(gòu)的涂層，由于基底與涂層之間彼此相鄰設(shè)置且原子結(jié)構(gòu)大致相近，因此，相鄰的涂層不會(huì)因?yàn)樵尤毕莸葐?wèn)題，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力并造成涂層之間粘結(jié)性差的問(wèn)題，通過(guò)本發(fā)明的涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，中間層可以增加含有硼的SiC與Si3N4涂層與基底的之間的鎳基超耐熱模具之間的粘結(jié)力。并且，本發(fā)明的硬膜結(jié)構(gòu)中，除了作為硬質(zhì)相的氮化硼之外，還有特定數(shù)量的硼，可以降低表面涂層的內(nèi)部應(yīng)力及其摩擦系數(shù)。因此，采用本申請(qǐng)所述結(jié)構(gòu)的模具，可增加模具的使用壽命及其使用性能。
具體實(shí)施例方式以下將通過(guò)典型的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出進(jìn)一步的說(shuō)明。申請(qǐng)人需要強(qiáng)調(diào)的是，以下實(shí)施例僅僅是為了詳細(xì)說(shuō)明發(fā)明的內(nèi)容的需要，而不能認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。本發(fā)明要求保護(hù)的范圍，以權(quán)利要求書所限定的技術(shù)方案為準(zhǔn)。實(shí)施例1模具1 第一層鎳基超耐熱合金沖壓模具基底，其中所述的鎳基超耐熱合金的組成和成分為Cr:10wt%、Ti :5wt%、B :2wt%、Mo余量的Ni以及不可避免的雜質(zhì)。第二層=NiCrAlY中間過(guò)渡層，Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75wt%，Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 15wt%,Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7. 5wt%和余量的Y。NiCrAlY中間過(guò)渡層的厚度為5um。第三層硬膜結(jié)構(gòu)涂層，其中含SiC :35Wt%，含Si3N4 :36Wt%，余量為B。硬膜結(jié)構(gòu)涂層的厚度為1mm。實(shí)施例2模具2:第一層鎳基超耐熱合金沖壓模具基底，其中所述的鎳基超耐熱合金的組成和成分為Cr:12wt%、Al :5wt%、C :5wt%、Mo余量的Ni以及不可避免的雜質(zhì)。第二層=NiCrAlY中間過(guò)渡層，Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為78wt%，Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10wt%,Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7. 5wt%和余量的Y。NiCrAlY中間過(guò)渡層的厚度為10um。第三層硬膜結(jié)構(gòu)涂層，其中含SiC :35Wt%，含Si3N4 :36Wt%，余量為B。硬膜結(jié)構(gòu)涂層的厚度為0.5mm。實(shí)施例3
4
模具3 第一層鎳基超耐熱合金沖壓模具基底，其中所述的鎳基超耐熱合金的組成和成分為Cr:13wt%、Ti :7wt%、B :5wt%、Mo余量的Ni以及不可避免的雜質(zhì)。第二層=NiCrAlY中間過(guò)渡層，Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為79wt%，Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 14wt%,Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4. 5wt%和余量的Y。NiCrAlY中間過(guò)渡層的厚度為15um。第三層硬膜結(jié)構(gòu)涂層，其中含SiC :45Wt%，含Si3N4 :35Wt%，余量為B。硬膜結(jié)構(gòu)涂層的厚度為1.5mm。實(shí)施例4模具4:第一層鎳基超耐熱合金沖壓模具基底，其中所述的鎳基超耐熱合金的組成和成分為Cr:16wt%、Al :4wt%、B :5wt%、Mo余量的Ni以及不可避免的雜質(zhì)。第二層=NiCrAlY中間過(guò)渡層，Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為81wt%，Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 13wt%,Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3. 5wt%和余量的Y。NiCrAlY中間過(guò)渡層的厚度為20um。第三層硬膜結(jié)構(gòu)涂層，其中含SiC :45Wt%，含Si3N4 :35Wt%，余量為B。硬膜結(jié)構(gòu)涂層的厚度為2. 0mm。實(shí)施例5模具5 第一層鎳基超耐熱合金沖壓模具基底，其中所述的鎳基超耐熱合金的組成和成分為Cr :18wt%,Ti :2wt%,C :5wt%,Fe余量的Ni以及不可避免的雜質(zhì)。第二層=NiCrAlY中間過(guò)渡層，Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為82wt%，Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 12wt%,Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4. 5wt%和余量的Y。NiCrAlY中間過(guò)渡層的厚度為25um。第三層硬膜結(jié)構(gòu)涂層，其中含SiC :48Wt%，含Si3N4 :32Wt%，余量為B。硬膜結(jié)構(gòu)涂層的厚度為2. 5mm。實(shí)施例6模具6:第一層鎳基超耐熱合金沖壓模具基底，其中所述的鎳基超耐熱合金的組成和成分為Cr:20wt%、Ti :5wt%、C :2wt%、Mo余量的Ni以及不可避免的雜質(zhì)。第二層=NiCrAlY中間過(guò)渡層，Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為83. 5wt%, Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 8wt%,Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7. 和余量的Y。NiCrAlY中間過(guò)渡層的厚度為25um。第三層硬膜結(jié)構(gòu)涂層，其中含SiC :48Wt%，含Si3N4 :32Wt%，余量為B。硬膜結(jié)構(gòu)涂層的厚度為3mm。在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容做出各種相應(yīng)的不同的模具，例如通過(guò)改變公知的涂覆方法和/或調(diào)整各涂層以及基體的組分以及含量，但這些相應(yīng)的改變和變形所得到的模具都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有硬膜結(jié)構(gòu)的鎳基超耐熱合金模具，其具有以下層結(jié)構(gòu)(1)一種鎳基超耐熱合金模具作為基底；(2)施加于基底上的中間過(guò)渡層，所述的中間過(guò)渡層為NiCrAlY涂層；(3)施加于中間過(guò)渡層的硬膜結(jié)構(gòu)的涂層，所述的硬膜結(jié)構(gòu)的涂層包含SiC、Si3N4和B。
2.權(quán)利要求1所述的鎳基超耐熱合金模具，其特征在于所述的MCrAlY涂層中，Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75-83. 5wt%，Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8_15wt%，Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2. 5-7. 5wt%和余量的Y。
3.權(quán)利要求1所述的鎳基超耐熱模具，其特征在于其中所述的粉末中，含SiC: 35-48wt%，含 Si3N4 :18_36wt%，余量為 B。
4.權(quán)利要求1所述的鎳基超耐熱合金模具，其特征在于所述的中間過(guò)渡層的厚度為 5um-100umo
5.權(quán)利要求5所述的鎳基超耐熱合金模具，其特征在于所述的中間過(guò)渡層的厚度為 5um_20umo
6.權(quán)利要求1所述的鎳基超耐熱合金模具，其特征在于所述的硬膜結(jié)構(gòu)的涂層的厚度為 lmm-5mm0
7.權(quán)利要求6所述的鎳基超耐熱合金模具，其特征在于所述的硬膜結(jié)構(gòu)涂層的厚度為 lmm-3mm0
8.權(quán)利要求1所述的鎳基超耐熱合金模具，其特征在于所述的鎳基超耐熱合金的組成和成分為Cr :10-20wt Al 或 Ti :2_8wt %、B 或 C :0. l_12wt %、Mo 或 Nb 或 W 或 Ta 或狗0. l-12wt%和余量的Ni以及不可避免的雜質(zhì)，其中不可避免的雜質(zhì)的總含量低于 0. 15wt%，雜質(zhì)元素每一種的質(zhì)量百分比含量都低于0. 05wt%。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有硬膜結(jié)構(gòu)的鎳基超耐熱合金模具，其具有以下層結(jié)構(gòu)一種鎳基超耐熱合金模具作為基底；施加于基底上的中間過(guò)渡層，所述的中間層為NiCrAlY涂層；施加于阻擋層上的具有自潤(rùn)滑功能的涂層，所述的自潤(rùn)滑功能涂層包含SiC、Si3N4和B。采用本申請(qǐng)所述結(jié)構(gòu)的模具，可增加模具的使用壽命及其使用性能。
文檔編號(hào)B21D37/00GK102343391SQ201110158308
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者鄭霞 申請(qǐng)人:昆山市瑞捷精密模具有限公司