CN102343391A - 一种具有硬膜结构的镍基超耐热合金冲压模具 - Google Patents

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郑霞
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Abstract

本发明提供了一种具有硬膜结构的镍基超耐热合金模具，其具有以下层结构：一种镍基超耐热合金模具作为基底；施加于基底上的中间过渡层，所述的中间层为NiCrAlY涂层；施加于阻挡层上的具有自润滑功能的涂层，所述的自润滑功能涂层包含SiC、Si3N4和B。采用本申请所述结构的模具，可增加模具的使用寿命及其使用性能。

Description

一种具有硬膜结构的镍基超耐热合金冲压模具
技术领域
本发明涉及一种冲压模具，更具体的说，涉及一种具有硬膜结构的镍基超耐热合金冲压模具。
背景技术
模具广泛应用于冲压成型加工。对于冲压成型的模具一般需要具有以下性能：
(1)高温环境下，具有很好的钢性、耐机械冲击强度及高的硬度。
(2)在反复以及快速加热冷却的热冲击下，模具不产生裂纹或变形。
(3)高温条件下，模具成型表面与成型金属不发生化学反应。
(4)模具在高温条件下不会发生高温氧化现象。
(5)加工性能好，易加工成高精度以及高表面光洁度的表面。
传统的用于浇注高熔点金属或玻璃等物质的模具大多采用不锈钢或者镍基耐热合金钢作为模具材料，但是这种模具容易发生高温氧化，在反复的热循环作用下，材料的内部晶相结构发生改变，并且表面质量也变差，从而容易导致模具失效。
为了解决上述问题，硬质的金属氧化物陶瓷颗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，很难加工成所需的特定形状。所以以超硬合金或者耐高温合金为模具基体，在其表面形成耐磨、耐高温腐蚀或具有其它特殊性能的涂层的复合结构模具成为行业发展的新方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有硬膜结构的镍基超耐热合金冲压模具，该冲压模具可以用来可提高模具的起模性能以及显著延长该模具的使用寿命。
为此本发明采用了以下技术方案：一种具有硬膜结构的镍基超耐热合金模具，其具有以下层结构：
(1)一种镍基超耐热合金冲压模具作为基底；
(2)施加于基底上的中间过渡层，所述的中间层为NiCrAlY涂层；
(3)施加于阻挡层上的具有硬膜结构的涂层，所述的硬膜结构涂层包含SiC、Si3N4和B。
其中，所述的镍基超耐热合金的组成和成分为：Cr：10-20wt％、Al或Ti：2-8wt％、B或C：0.1-12wt％、Mo或Nb或W或Ta或Fe：0.1-12wt％和余量的Ni以及不可避免的杂质，其中不可避免的杂质的总含量低于0.15wt％，杂质元素每一种的质量百分比含量都低于0.05wt％。
其中，所述的NiCrAlY涂层中，Ni的质量分数为：75-83.5wt％，Cr的质量分数为：8-15wt％，Al的质量分数为2.5-7.5wt％和余量的Y。
其中，硬膜结构涂层中，含SiC：35-48wt％，含Si3N4：18-36wt％，余量为B。
其中，中间过渡层的厚度为5um-100um，优选其厚度为5um-20um。
其中，硬膜结构的厚度为1mm-5mm，优选其厚度为1mm-3mm。
可以喷涂的方法形成NiCrAlY涂层，然后在保护气氛下退火形成中间过渡层。所述的保护气氛退火是指真空退火或惰性气体退火或者还原气氛退火，所述的保护性气体可以选自由N2、Ar、H2或者它们的任意组合所组成的组中。
其中，硬膜结构的表面涂层通过喷涂含氮化硼以及硼的粉末形成。喷涂时，其工艺参数为：工作电压：25-40V；喷涂距离为：100-250mm；空气压力为0.5-0.9MPa。硬膜结构的厚度为500um-5mm，优选其厚度为2mm-5mm。
使用中间层可以防止基底层在高温浇铸过程发生高温氧化现象，另外也加强了基底与涂层之间的粘结强度，并且防止了内部的金属层经过扩散作用，其中的金属原子扩散至表面的硬膜结构涂层中，损害硬膜结构涂层的硬膜结构。
通过本发明的方法制备的镍基超耐热模具，具有NiCrAlY中间层和含有SiC、Si3N4和B硬膜结构的涂层，由于基底与涂层之间彼此相邻设置且原子结构大致相近，因此，相邻的涂层不会因为原子缺陷等问题，产生内应力并造成涂层之间粘结性差的问题，通过本发明的涂层结构设计，中间层可以增加含有硼的SiC与Si3N4涂层与基底的之间的镍基超耐热模具之间的粘结力。并且，本发明的硬膜结构中，除了作为硬质相的氮化硼之外，还有特定数量的硼，可以降低表面涂层的内部应力及其摩擦系数。因此，采用本申请所述结构的模具，可增加模具的使用寿命及其使用性能。
具体实施方式
以下将通过典型的实施例对本发明的技术方案做出进一步的说明。申请人需要强调的是，以下实施例仅仅是为了详细说明发明的内容的需要，而不能认为是对本发明的限制。本发明要求保护的范围，以权利要求书所限定的技术方案为准。
实施例1
模具1：
第一层：镍基超耐热合金冲压模具基底，其中所述的镍基超耐热合金的组成和成分为：Cr：10wt％、Ti：5wt％、B：2wt％、Mo：8wt％和余量的Ni以及不可避免的杂质。
第二层：NiCrAlY中间过渡层，Ni的质量分数为：75wt％，Cr的质量分数为：15wt％，Al的质量分数为7.5wt％和余量的Y。NiCrAlY中间过渡层的厚度为5um。
第三层：硬膜结构涂层，其中含SiC：35wt％，含Si3N4：36wt％，余量为B。硬膜结构涂层的厚度为1mm。
实施例2
模具2：
第一层：镍基超耐热合金冲压模具基底，其中所述的镍基超耐热合金的组成和成分为：Cr：12wt％、Al：5wt％、C：5wt％、Mo：8wt％和余量的Ni以及不可避免的杂质。
第二层：NiCrAlY中间过渡层，Ni的质量分数为：78wt％，Cr的质量分数为：10wt％，Al的质量分数为7.5wt％和余量的Y。NiCrAlY中间过渡层的厚度为10um。
第三层：硬膜结构涂层，其中含SiC：35wt％，含Si3N4：36wt％，余量为B。硬膜结构涂层的厚度为0.5mm 。
实施例3
模具3：
第一层：镍基超耐热合金冲压模具基底，其中所述的镍基超耐热合金的组成和成分为：Cr：13wt％、Ti：7wt％、B：5wt％、Mo：10wt％和余量的Ni以及不可避免的杂质。
第二层：NiCrAlY中间过渡层，Ni的质量分数为：79wt％，Cr的质量分数为：14wt％，Al的质量分数为4.5wt％和余量的Y。NiCrAlY中间过渡层的厚度为15um。
第三层：硬膜结构涂层，其中含SiC：45wt％，含Si3N4：35wt％，余量为B。硬膜结构涂层的厚度为1.5mm。
实施例4
模具4：
第一层：镍基超耐热合金冲压模具基底，其中所述的镍基超耐热合金的组成和成分为：Cr：16wt％、Al：4wt％、B：5wt％、Mo：10wt％和余量的Ni以及不可避免的杂质。
第二层：NiCrAlY中间过渡层，Ni的质量分数为：81wt％，Cr的质量分数为：13wt％，Al的质量分数为3.5wt％和余量的Y。NiCrAlY中间过渡层的厚度为20um。
第三层：硬膜结构涂层，其中含SiC：45wt％，含Si3N4：35wt％，余量为B。硬膜结构涂层的厚度为2.0mm。
实施例5
模具5：
第一层：镍基超耐热合金冲压模具基底，其中所述的镍基超耐热合金的组成和成分为：Cr：18wt％、Ti：2wt％、C：5wt％、Fe：12wt％和余量的Ni以及不可避免的杂质。
第二层：NiCrAlY中间过渡层，Ni的质量分数为：82wt％，Cr的质量分数为：12wt％，Al的质量分数为4.5wt％和余量的Y。NiCrAlY中间过渡层的厚度为25um。
第三层：硬膜结构涂层，其中含SiC：48wt％，含Si3N4：32wt％，余量为B。硬膜结构涂层的厚度为2.5mm。
实施例6
模具6：
第一层：镍基超耐热合金冲压模具基底，其中所述的镍基超耐热合金的组成和成分为：Cr：20wt％、Ti：5wt％、C：2wt％、Mo：8wt％和余量的Ni以及不可避免的杂质。
第二层：NiCrAlY中间过渡层，Ni的质量分数为：83.5wt％，Cr的质量分数为：8wt％，Al的质量分数为7.0wt％和余量的Y。NiCrAlY中间过渡层的厚度为25um。
第三层：硬膜结构涂层，其中含SiC：48wt％，含Si3N4：32wt％，余量为B。硬膜结构涂层的厚度为3mm。
在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域的普通技术人员当可根据本发明的发明内容做出各种相应的不同的模具，例如通过改变公知的涂覆方法和/或调整各涂层以及基体的组分以及含量，但这些相应的改变和变形所得到的模具都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有硬膜结构的镍基超耐热合金模具，其具有以下层结构：
(1)一种镍基超耐热合金模具作为基底；
(2)施加于基底上的中间过渡层，所述的中间过渡层为NiCrAlY涂层；
(3)施加于中间过渡层的硬膜结构的涂层，所述的硬膜结构的涂层包含SiC、Si3N4和B。
2.权利要求1所述的镍基超耐热合金模具，其特征在于所述的NiCrAlY涂层中，Ni的质量分数为：75-83.5wt％，Cr的质量分数为：8-15wt％，Al的质量分数为2.5-7.5wt％和余量的Y。
3.权利要求1所述的镍基超耐热模具，其特征在于其中所述的粉末中，含SiC：35-48wt％，含Si3N4：18-36wt％，余量为B。
4.权利要求1所述的镍基超耐热合金模具，其特征在于所述的中间过渡层的厚度为5um-100um。
5.权利要求5所述的镍基超耐热合金模具，其特征在于所述的中间过渡层的厚度为5um-20um。
6.权利要求1所述的镍基超耐热合金模具，其特征在于所述的硬膜结构的涂层的厚度为1mm-5mm。
7.权利要求6所述的镍基超耐热合金模具，其特征在于所述的硬膜结构涂层的厚度为1mm-3mm。
8.权利要求1所述的镍基超耐热合金模具，其特征在于所述的镍基超耐热合金的组成和成分为：Cr：10-20wt％、Al或Ti：2-8wt％、B或C：0.1-12wt％、Mo或Nb或W或Ta或Fe：0.1-12wt％和余量的Ni以及不可避免的杂质，其中不可避免的杂质的总含量低于0.15wt％，杂质元素每一种的质量百分比含量都低于0.05wt％。
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