專利名稱：金屬高溫成型模具及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模具及其制造方法，特別是涉及一種具有陶瓷涂層的金屬高溫成 型模具及其制造方法。
背景技術(shù)：
金屬鈦、鎂、鋁及其合金通過超塑性成型或金屬氣壓成型時，需要將預成型的金屬 基體置于模具內(nèi)，然后對模具進行高溫加熱(通常大于800°C )，使金屬基體受熱軟化，同時 對金屬基體施以高氣壓，使軟化的金屬基體在氣壓的作用下貼附于模具型腔，從而成型。目前，金屬高溫成型的模具材料主要有兩種，一種是金屬材料，如合金鋼“RA330”， 另一種是陶瓷。這兩種材料各優(yōu)缺點，其中陶瓷材料的表面抗氧化性能較好，但抗沖擊性較 差，制造及維修較困難，技術(shù)和成本較高。金屬材料的強度及抗沖擊性能均較好，同時便于 維修和制造，但是表面抗氧化性能不如陶瓷，尤其是在上述高溫工作情況下，模具表面極易 氧化，而且容易發(fā)生模具與金屬工作臺的粘附現(xiàn)象，嚴重影響成型零件的外觀質(zhì)量，并給模 具的拆裝帶來很大困難。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于此，有必要提供一種耐高溫、抗氧化性能好的金屬高溫成型模具。另外，還有必要提供一種由上述模具的制造方法。一種金屬高溫成型模具，包括一金屬的模具基體，其特征在于該金屬高溫成型模 具還包括一至少形成于該模具基體的型腔表面的陶瓷涂層，該陶瓷涂層由三氧化二鉻、二 氧化硅及三氧化二鋁組成。—種金屬高溫成型模具的制造方法，包括如下步驟提供一模具基體，該模具基體由金屬材料制成；用噴砂方式對該模具基體表面進行粗化處理；對該模具基體進行預熱；用熱噴涂方法至少于該模具基體的型腔表面形成一陶瓷涂層，該陶瓷涂層由三氧
化二鉻、二氧化硅及三氧化二鋁組成。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明金屬高溫成型模具于模具基體的表面形成一耐高溫、抗 氧化的陶瓷涂層，使該金屬高溫成型模具具有較高的表面抗氧化能力，同時可以解決在高 溫下容易與工作臺發(fā)生粘附現(xiàn)象的問題。上述金屬高溫成型模具的制造方法，由于熱噴涂 使用的設備簡單，陶瓷材料較容易獲得，對模具前處理要求不高，相對成本較低。同時，維修 模具簡單，通過噴砂即可去除陶瓷涂層。


圖1是本發(fā)明較佳實施方式金屬高溫成型模具的剖視示意圖；圖2是由氧化鈦及三氧化二鉻組成的陶瓷層使用前的表面金相顯微照片；
圖3是本發(fā)明較佳實施方式金屬高溫成型模具的陶瓷涂層使用前的表面金相顯 微照片；圖4是由氧化鈦及三氧化二鉻組成的陶瓷層的截面金相顯微照片；圖5是使用發(fā)明較佳實施方式金屬高溫成型模具的陶瓷涂層的截面金相顯微照 片。
具體實施例方式本發(fā)明金屬高溫成型模具可用于鈦、鎂、鋁及其合金等金屬的高溫成型。圖1所示為本發(fā)明較佳實施方式的模具10，包括模具基體12及形成于模具基體 12表面的陶瓷涂層14。模具基體12的材料為金屬，比如可采用RA330、3Cr2W8V、3Cr3Mo3W2V、 5Cr4Mo2W2VSi、5Cr4Mo3SiMnVAe、5Cr4W5Mo2V等型號的高耐熱性合金鋼材，優(yōu)選RA330型號 鋼材。陶瓷涂層14通過熱噴涂(如火焰噴涂或等離子體噴涂)的方式至少形成于模具 基體12與待成型金屬軟化體接觸的型腔表面及一部分外表面，如模具基體12與工作臺接 觸的外表面。陶瓷涂層14由三氧化二鉻(Cr2O3)、二氧化硅(SiO2)及三氧化二鋁(Al2O3)組 成。其中三氧化二鉻的質(zhì)量含量約為89% 93%，優(yōu)選為91%;二氧化硅的質(zhì)量含量約為 6% 10%，優(yōu)選為8% ；三氧化二鋁的質(zhì)量含量約為0.5% 1.5%，優(yōu)選為1%。陶瓷涂 層厚度大約為0. 05 0. 15mm，優(yōu)選為0. 10 0. 12mm。上述模具10的制造方法包括如下步驟提供一金屬的模具基體12。對模具基體12進行預處理。該預處理主要包括先用一堿基清洗液清洗模具基體 12，以去除模具基體12表面的油污，然后對模具基體12表面進行噴砂粗化處理，使模具基 體12的表面粗糙度Ry (輪廓最大高度)大約在40 100 μ m。將模具基體12預熱至150 200°C。后續(xù)熱噴涂步驟中熔融的噴涂材料的溫度很 高(可達2500°C )，如果高溫度的噴涂材料直接噴涂至冷的模具基體12，噴涂材料可能會因 為驟冷而不能很好的與模具基體12結(jié)合，所以在進行熱噴涂前先將模具基體12預熱。用熱噴涂方法于該預熱的模具基體12表面形成一陶瓷涂層14。陶瓷涂層14至 少形成于模具基體12與待成型的金屬軟化體接觸的的型腔表面及與及一部分外表面上， 如與工作臺接觸的外表面。形成陶瓷涂層14所采用的熱噴涂材料可以是由三氧化二鉻、二 氧化硅及三氧化二鋁組成的線材或粉體材料。該熱噴涂材料中三氧化二鉻的質(zhì)量含量約為 89% 93%，優(yōu)選為91% ；二氧化硅的質(zhì)量含量約為6% 10%，優(yōu)選為8% ；三氧化二鋁 的質(zhì)量含量約為0.5% 1.5%，優(yōu)選為1%。本實施例采用直徑為4. 75mm的線材。采用 的熱噴涂方法可以為火焰噴涂或等離子噴涂，本實施例采用火焰噴涂，工藝參數(shù)為氧氣輸 出壓力大約為0. 4 0. 44Mpa ；乙炔輸出壓力大約為0. 14 0. 18Mpa ；空氣輸入壓力大約 為0. 45 0. 5Mpa ；送線速度為0. 45 0. 48m/min ；噴槍的進步速度為1000mm/s。陶瓷涂 層14的厚度大約為0. 05 0. 15mm，優(yōu)選為0. 10 0. 12mm將不具有陶瓷涂層的普通模具與上述形成有陶瓷涂層14的模具10與及另一具有 由氧化鈦及三氧化二鉻組成的陶瓷涂層(以下簡稱氧化鈦陶瓷涂層)的模具同時用于鈦合金成型驗證比較，工作溫度大約為800°C 90(TC，各成型100件。對使用樣前陶瓷層一及 陶瓷層二的表面及截面形貌、使用后三種模具的表面狀況及三種模具成型的樣品進行了對 比分析，結(jié)果如下請參閱圖2及圖3，使用前氧化鈦陶瓷涂層表面較為粗糙，其平均表面粗糙度Ry為 9.925μπι;陶瓷涂層14表面較為光滑、細致，其表面粗糙度Ry僅為1.562μπι。另外，從使 用前陶瓷涂層14及氧化鈦陶瓷涂層的截面金相照片(圖4及圖5所示)可以看出氧化鈦 陶瓷涂層有大量的孔隙存在，而且孔徑較大，平均孔徑尺寸約為16. 4 μ m ；而陶瓷涂層14則 較為致密，孔隙較少，平均孔徑尺寸小于5 μ m。三種模具各成型100件樣品后發(fā)現(xiàn)，普通模 具的型腔表面已明顯氧化，且有明顯的氧化膜脫落現(xiàn)象；氧化鈦陶瓷涂層脫落嚴重，脫落處 模具表面已出現(xiàn)氧化現(xiàn)象；而陶瓷涂層14變化不明顯。對于成型樣品，用普通模具成型的 樣品表面極為粗糙，孔隙很多；由于氧化鈦陶瓷涂層表面粗糙度較大，有大量顆粒，且多次 成型使用后脫落嚴重，導致具有氧化鈦陶瓷涂層的模具成型之樣品表面存在大量凹陷及針 孔；用具有陶瓷涂層14的模具10成型的樣品表面光滑平整，色澤均勻。本發(fā)明較佳實施方式的模具10于金屬模具基體12的型腔表面及與工作臺接觸的 表面形成一耐高溫、抗氧化的陶瓷涂層14，使模具10具有較高的表面抗氧化能力，同時解 決了在高溫下容易與工作臺發(fā)生粘附現(xiàn)象的問題。上述模具10的制造方法，由于熱噴涂使 用的設備簡單，陶瓷材料較容易獲得，對模具前處理要求不高，相對成本較低。同時，維修模 具簡單，通過噴砂即可去除陶瓷涂層14。
權(quán)利要求
1.一種金屬高溫成型模具，包括一金屬的模具基體，其特征在于該金屬高溫成型模 具還包括一至少形成于該模具基體的型腔表面的陶瓷涂層，該陶瓷涂層由三氧化二鉻、二 氧化硅及三氧化二鋁組成。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬高溫成型模具，其特征在于該三氧化二鉻的質(zhì)量含量為 89 % 93 %，該二氧化硅的質(zhì)量含量為6 % 10 %，該三氧化二鋁的質(zhì)量含量為0. 5 % 1. 5%。
3.如權(quán)利要求2所述的金屬高溫成型模具，其特征在于該三氧化二鉻的質(zhì)量含量為 91%, 二氧化硅的質(zhì)量含量為8%，三氧化二鋁的質(zhì)量含量為1 %。
4.如權(quán)利要求1所述的金屬高溫成型模具，其特征在于該陶瓷涂層的厚度為0.05 0. 15mm0
5.如權(quán)利要求4所述的金屬高溫成型模具，其特征在于該陶瓷涂層的厚度為0.10 0. 12mm0
6.如權(quán)利要求1所述的金屬高溫成型模具，其特征在于該陶瓷涂層還形成于該模具 基體的部分外表面上。
7.一種金屬高溫成型模具的制造方法，包括如下步驟提供一模具基體，該模具基體由金屬材料制成；用噴砂方式對該模具基體表面進行粗化處理；對該模具基體進行預熱；用熱噴涂方法至少于該模具基體的型腔表面形成一陶瓷涂層，該陶瓷涂層由三氧化二 鉻、二氧化硅及三氧化二鋁組成。
8.如權(quán)利要求7所述的金屬高溫成型模具的制造方法，其特征在于形成該陶瓷涂層 所采用的熱噴涂材料是由三氧化二鉻、二氧化硅及三氧化二鋁組成組成的線材。
9.如權(quán)利要求8所述的金屬高溫成型模具的制造方法，其特征在于該三氧化二鉻的 質(zhì)量含量為89% 93%，該二氧化硅的質(zhì)量含量為6% 10%，該三氧化二鋁的質(zhì)量含量 為 0. 5% 1. 5%。
10.如權(quán)利要求7所述的金屬高溫成型模具的制造方法，其特征在于該陶瓷涂層的厚 度為 0. 10 0. 12mm。
11.如權(quán)利要求7所述的金屬高溫成型模具的制造方法，其特征在于該粗化處理使該 模具基體表面的輪廓最大高度為40 100 μ m。
12.如權(quán)利要求7所述的金屬高溫成型模具的制造方法，其特征在于所采用的熱噴涂 方法為火焰噴涂法。
全文摘要
本發(fā)明提供一種金屬高溫成型模具，包括一金屬的模具基體，該金屬高溫成型模具還包括一至少形成于該模具基體的型腔表面的陶瓷涂層，該陶瓷涂層由三氧化二鉻、二氧化硅及三氧化二鋁組成。本發(fā)明還提供一種上述模具的制造方法。
文檔編號B24C1/00GK101992244SQ20091030558
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
發(fā)明者丁大偉, 朱永剛, 林兆焄, 馬德寶, 龍麗 申請人:深圳富泰宏精密工業(yè)有限公司