CN102154676B - 电沉积强化低熔点金属熔射模的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电沉积强化低熔点金属熔射模的方法，先对低熔点金属熔射模进行除油、除锈和活化前处理，然后将该低熔点金属熔射模放入含纳米陶瓷粉末的电沉积槽中进行电沉积。本发明电沉积强化低熔点金属熔射模的方法，既可以发挥熔射制模速度快、效率高的优点，又可以在低熔点金属熔射模上形成硬度高、耐磨性好的金属陶瓷复合涂层，从而提高低熔点金属熔射模的表面硬度，使其具有高硬度的工作层。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种模具的表面强化方法，尤其是涉及对低熔点金属熔射模具复合电沉积层的表面强化方法。
背景技术
随着我国国民经济的快速发展，人民群众对各种工业产品的需求在不断增长，由此导致汽车、家电、电子、电机、仪表、通讯、轻工等制造业对模具工业的要求越来越高。传统的钢制模具虽然使用寿命长，但是由于存在制造周期长、生产成本高等缺点，已经越来越不能满足企业新产品开发和试制的需求。近二十年来，为了加快制造速度和降低生产成本，在快速原型和快速制造技术基础上发展起来一项全新的模具制造技术，即快速模具(RapidTooling)制造技术，简称RT。与传统钢制模具去除材料制造工艺不同，RT技术直接通过材料叠加成形获得形状复杂的模具。因此，RT技术具有制造工艺简单、形状适应性强、生产周期短、制造成本低等优点，已成为未来模具制造领域的重要发展方向。
RT技术分为直接快速制模(DirectRapidTooling，DRT)和间接快速制模(IndirectRapidTooling，IRT)两大类。其中，直接快速制模法虽然工艺简单，但存在模具尺寸受限、制造精度低、表面质量差、综合力学性能不佳、使用寿命短等问题，目前还很难取代传统钢制模具。间接快速制模法是以快速成形(RapidPrototyping，简称RP)的原型作为样件进行翻制模具的技术。由于间接快速制模使用的技术成熟多样，并可根据不同的应用要求选择不同的工艺，所以它既可较好地控制模具制造精度、表面质量、力学性能和使用寿命，又可以满足成本控制方面的要求。因此，目前工业应用较多的是间接快速制模法。
由于间接快速制模法具有制造精度更高、表面质量更好、力学性能更佳和使用寿命更长等优点，因此众多国内外公司和研究机构对此进行了研究和开发。这些间接快速制模法主要有：
1)基于快速原形的模具电火花加工电极快速制造方法，这种快速模具制造方法依靠电极的快速制造来提高模具制造的效率，并不是完全意义上的快速模具制造；
2)基于金属树脂混合浇注的快速模具制造方法，如：3DSystems公司开发的Keltool工艺——先用光固化快速成型技术(StereoLithographyApparatus，SLA)制造模具零件原型，接着用硅橡胶翻制模具零件原型的负型，然后向硅橡胶负型中浇注金属树脂混合粉末，最后进行高温烧结和渗入金属铜；
3)基于熔射成形的快速模具制造方法，这种方法先在原模上熔射一层低熔点金属涂层，然后背衬上一层树脂金属粉末混合物，再把原模去掉获得模具的型芯或型腔；
4)基于电沉积的快速模具制造方法，首先，在原模表面沉积上一层厚度约1～5mm的镍，然后在镍沉积层上用化学反应凝固陶瓷材料，最后分离原模得到模具；这种制模方法和熔射制模方法相比，虽然可以提高模具表面硬度，进而延长模具寿命，但因电沉积所需时间较长，导致制模的效率降低。
综上所述，现有间接快速制模技术中，上述第一种基于电极快速制造的RT技术与传统模具制造相比，在提高生产效率和降低生产成本两个方面都非常有限；上述第二种基于混合树脂浇注的RT技术则只能制造软质模具，在强度和硬度上很难满足模具的严苛工作条件；上述第三种基于熔射成形的RT技术，目前主要使用低熔点金属或合金来制造模具，虽属硬质模具，但在表面硬度和热强性方面仍与钢质模具相差甚远；上述第四种基于电沉积的RT技术，则存在着沉积时间较长、生产效率低的缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电沉积强化低熔点金属熔射模的方法，能够在低熔点金属熔射模的表面上快速地复合硬度高且耐磨的涂层。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种电沉积强化低熔点金属熔射模的方法，先对低熔点金属熔射模进行除油、除锈和活化前处理，然后将该低熔点金属熔射模放入含纳米陶瓷粉末的电沉积槽中进行电沉积。
所述低熔点金属熔射模的表面上的熔射层为铝合金、锌合金或锌铝合金所形成的金属层。
所述除油步骤中，用含有氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠和乳化剂的碱性溶液进行化学除油处理。
所述活化步骤中，用稀硫酸或稀盐酸溶液进行活化处理。
所述电沉积步骤中，阳极为镍、钴、铁、镍钴合金、镍铁合金和钴铁合金中的一种或多种，阴极则为所述低熔点金属熔射模。
所述电沉积步骤中，用双向高频脉冲电源进行电沉积。
所述纳米陶瓷粉末为三氧化二铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)和氮化硅中的一种或多种。
所述电沉积步骤中，对电沉积液进行机械搅拌、电磁搅拌或超声搅拌。
所述低熔点金属熔射模上的电沉积层的厚度为0.01～0.05mm。
采用上述方法后，本发明电沉积强化低熔点金属熔射模的方法具有以下有益效果：
一、在含纳米陶瓷粉末的电沉积槽中，对低熔点金属熔射模进行电沉积，从而在低熔点金属熔射模上电沉积金属陶瓷复合涂层；这样既可以发挥熔射制模速度快、效率高的优点，又可以利用电沉积而在低熔点金属熔射模上形成硬度高、耐磨性好的金属陶瓷复合涂层，从而提高低熔点金属熔射模的表面硬度，使其具有高硬度的工作层；
二、电沉积的电源采用双向高频脉冲电源，可以提高沉积层的致密度；
三、通过超声搅拌，使纳米陶瓷粉末容易悬浮在电沉积液中，从而在在低熔点金属熔射模上形成良好的金属陶瓷复合涂层。
附图说明
图1为本发明电沉积强化低熔点金属熔射模的方法的流程图；
图2为低熔点金属熔射模电沉积后的截面示意图。
图中：
低熔点金属熔射模1
复合电沉积层2
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
本发明电沉积强化低熔点金属熔射模的方法如图1所示：先对低熔点金属熔射模进行除油、除锈和活化等前处理，接着将低熔点金属熔射模放入含纳米陶瓷粉末的超声电沉积槽中进行电沉积，从而在低熔点金属熔射模上形成复合电沉积层。
其中，本发明所指低熔点金属熔射模是指表面上熔射有有色金属熔射层的模具，该有色金属可以是铝合金、锌合金或锌铝合金等适合熔射成形的低熔点有色金属。
除油工序目的是去除低熔点金属熔射模表面的油污，消除油膜对复合沉积层与低熔点金属熔射模的结合力的影响，防止沉积层出现起皮、起泡等现象。除油工艺包括电化学除油或有机溶剂除油等，其中化学除油是最常用的除油方法。化学除油指利用碱性溶液的皂化作用以及乳化剂的乳化作用而除去金属表面油污的处理方法。化学除油使用的碱性溶液通常含有氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠和乳化剂，其中，乳化剂使用辛基酚聚氧乙烯醚、仲辛烷基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺油酸皂、高级醇聚氧乙烯醚、月桂醇环氧乙烷缩合物、十二烷基二乙醇酰胺、十二烷基二乙醇酰胺磷酸酯等中的一种或多种。
除锈工序的目的是去除低熔点金属熔射模表面可能残留的少量锈迹。除锈可以采用化学法、电化学法和机械法。化学法除锈采用具有腐蚀作用的强酸或强碱对低熔点金属熔射模表面进行处理，使低熔点金属熔射模表面的锈层在化学作用下被去除。电化学法除锈采用电解液对低熔点金属熔射模电解处理而除去熔射模表面的锈层。机械法除锈采用喷砂、研磨或抛光等机械处理去除低熔点金属熔射模表面的锈迹。
活化工序的目的是消除表面的钝化状态，保证沉积层与低熔点金属熔射模的紧密结合。活化剂可使用稀硫酸或稀盐酸溶液。
经过上述前处理的低熔点金属熔射模则可以进入超声复合电沉积层工序。电沉积的阳极材料可为镍、钴、铁、镍钴合金、镍铁合金和钴铁合金中的一种或多种，阴极则为经过处理的低熔点金属熔射模。为了提高沉积层的致密度，电沉积的电源最好是双向高频脉冲电源。同时，为了获得高硬度工作层、提高模具的表面硬度，可在电沉积液中加入纳米陶瓷粉末，如三氧化二铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)和氮化硅等中的一种或多种。由于纳米陶瓷粉末不容易悬浮在电沉积液中，因此需要对电沉积液进行搅拌。搅拌方法可以是机械搅拌、电磁搅拌和超声搅拌，其中以超声搅拌效果最好。
如图2所示，低熔点金属熔射模1经沉积复合涂层后，复合电沉积层2的厚度可为0.01～0.05mm。复合电沉积层2为金属陶瓷复合涂层，即由纳米陶瓷粉末与上述阳极所使用的镍、钴、铁、镍钴合金、镍铁合金和钴铁合金组成。
上述实施例和附图并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (5)
1.一种电沉积强化低熔点金属熔射模的方法，其特征在于：先对低熔点金属熔射模进行除油、除锈和活化前处理，然后将该低熔点金属熔射模放入含纳米陶瓷粉末的电沉积槽中进行电沉积；所述纳米陶瓷粉末为三氧化二铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)和氮化硅中的多种；所述电沉积步骤中，用双向高频脉冲电源进行电沉积，并对电沉积液进行超声搅拌；所述低熔点金属熔射模上的电沉积层的厚度为0.01～0.05mm。
2.如权利要求1所述的电沉积强化低熔点金属熔射模的方法，其特征在于：所述低熔点金属熔射模的表面上的熔射层为铝合金、锌合金或锌铝合金所形成的金属层。
3.如权利要求1所述的电沉积强化低熔点金属熔射模的方法，其特征在于：所述除油步骤中，用含有氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠和乳化剂的碱性溶液进行化学除油处理。
4.如权利要求1所述的电沉积强化低熔点金属熔射模的方法，其特征在于：所述活化步骤中，用稀硫酸或稀盐酸溶液进行活化处理。
5.如权利要求1所述的电沉积强化低熔点金属熔射模的方法，其特征在于：所述电沉积步骤中，阳极为镍、钴、铁、镍钴合金、镍铁合金和钴铁合金中的一种或多种，阴极则为所述低熔点金属熔射模。
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