专利名称：电弧喷涂制备具有自润滑功能的铁基模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铁基模具，更具体的说，涉及一种电弧喷涂方法制备的铁基模具， 该模具具有自润滑功能。
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铁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，通常人们会想到使用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。为了解决硬质的金属氧化物陶瓷颗粒难以加工制造模具的技术问题，本申请的发明人应用现有技术中已有的金属电弧喷涂技术与现有技术中已有的间接制模技术，创造性地提出了一种电弧喷涂快速制模技术。它是以一个实物模型作为母模，以电弧为热源，通过高速气流将熔融状态的金属材料雾化，并使其喷射、沉积在母模表面上，形成一定厚度的致密的金属基或陶瓷基涂层，即模具型壳。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种电弧喷涂制备具有自润滑功能的铁基模具的方法，该方法可以用来提铁基模具的耐高温和耐磨性能，特别是该模具具有自润滑功能，特别适用于难熔金属的浇铸成型，并且能够显著延长该模具的使用寿命。本发明的另一个目的还在于提供一种由上述方法制备的铁基模具。为了实现上述目的，本发明首先提供了一种电弧喷涂制备铁基模具的方法，其包括以下步骤(1)提供一快速原型、过渡模型或产品实物，作为母模；(2)母模表面进行前处理；(3)电弧喷涂铁基粉芯丝材，制备所述的具有自润滑功能的铁基模具壳体；(4)脱去母模以及后处理。其中，在步骤(1)中所述的母模为快速成型技术得到的塑料模具、石膏模具、木材模具，或者是陶瓷模具或者石墨模具。其中，在步骤O)中所述的前处理步骤包括施加脱模剂的步骤；所述的脱模剂可以是机械油、聚乙烯醇等。所述的脱模剂可以采用刷涂或喷雾或浸渍的方式施加于母模的外表面。其中，在步骤(3)中，所述的铁基粉芯丝材具有粉芯层和外皮层，其中外皮层为铁，所述的外皮层的质量占丝材的15-25wt%，粉芯层的组成和含量分别为BN: 20-35wt%,C3N4 :10-15wt%, Si3N4 :15-35wt%,B余量的 i^e。其中，在步骤(3)中，电弧喷涂的工艺参数为工作电压20_35V ；喷涂距离为 100-180mm ；空气压力为0. 6-0. 9MPa ；走丝电压13_16V。根据需要，喷涂的厚度为5_20mm。其中优选的所述的BN、C3N4和Si3N4的平均粒径小于200um ；优选的所述的陶瓷颗粒的平均粒径小于50um ；更优选的，所述的陶瓷颗粒的粒径为纳米级，并且平均粒径在 20-IOOnm的范围。其中，在步骤中，包括一个退火处理的步骤，在真空环境或惰性气体或还原气体的条件下进行退火处理，其中退火温度为650-850度，退火保温时间2-5个小时，升温或者降温速率为0. 5-2度/秒，以形成稳定的具有自润滑功能的壳体。另外，为了进一步改进质量，还可以在制备的壳体表面通过喷涂、气相沉积等其它方法施加额外的涂层。本发明的另一方面，还提供一种通过电弧喷涂制备的具有自润滑功能的铁基模具，所述的具有自润滑功能的模具通过在母模表面电弧喷涂丝材得到。其中，所述的铁基粉芯丝材具有粉芯层和外皮层，其中外皮层为铁，所述的外皮层的质量占丝材的15-25wt%，粉芯层的组成和含量分别为BN:20-35wt%、C3N4 :10-15wt%, Si3N4 :15-35wt%, B :8-15衬％和余量的狗。其中，电弧喷涂的工艺参数为工作电压 25-35V ；喷涂距离为:100-180mm ；空气压力为0. 6-0. 9MPa ；走丝电压13_16V。根据需要， 喷涂的厚度为5-20mm。其中优选的所述的BN、C3N4和Si3N4的平均粒径小于200um ；优选的所述的陶瓷颗粒的平均粒径小于50um ；更优选的，所述的陶瓷颗粒的粒径为纳米级，并且平均粒径在 20-IOOnm的范围。其中，包括一个退火处理的步骤，在真空环境或惰性气体或还原气体的条件下进行退火处理，其中退火温度为650-850度，退火保温时间2-5个小时，升温或者降温速率为 0. 5-5度/秒，以形成稳定的具有自润滑功能的壳体。本发明的方法与现有技术相比具有以下优点(1)对于高硬度的材料基体，成功的解决了传统的浇铸或锻造方法制备高硬度模具的技术难题；实际上具有上述组分的模具，通过传统的浇铸方法无法实现；而通过锻造的方法，其成本相当之高，令实业界难以接受。(2)采用电弧喷涂方法，制备工艺流程简单，并且制备得到的模具表面质量高。本发明的模具与现有技术中采用普通的浇铸或锻造的铁基模具等相比，具有以下优点(1)电弧喷涂可以在金属基材上形成连续致密的涂层，这种涂层经过高温退火后具有金属陶瓷的组织结构和性能，并具备兼有不锈钢的特征。(2)同传统硬质合金相比，具有更高的硬度、红硬性、耐磨性、耐磨损能力和高温化学稳定性，同时还具有特殊的自润滑功能，能够耐900度以上的高温的反复循环。
具体实施例方式以下将通过具体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利用计算机绘图技术绘制零件的CAD三维模型，依据RP技术，采用数控加工石膏模型的方法制备石膏母模；在石膏母模的表面涂刷聚乙烯醇溶液；在石膏母模的外表面电弧喷涂铁基粉芯丝材，其中外皮层为铁，所述的外皮层的质量占丝材的15wt%，粉芯层的组成和含量分别为=BN :25wt%, C3N4 :15wt%, Si3N4 25衬％、8:9衬％和余量的!^。电弧喷涂的工艺参数为工作电压30V ；喷涂距离为 150mm ；空气压力为0. 8MPa ；走丝电压15V。喷涂的厚度为8mm。去除石膏母模，对制得的铁基壳体进行退火处理。退火处理的工艺条件为，真空退火，退火温度800度，退火时间3个小时。实施例2利用计算机绘图技术绘制零件的CAD三维模型，依据RP技术，采用数控加工的方法制备树脂母模；在树脂母模的表面涂刷机械油；在树脂母模的外表面电弧喷涂铁基粉芯丝材，其中外皮层为铁，所述的外皮层的质量占粉芯丝材的20wt%，粉芯层的组成和含量分别为BN :30wt%, C3N4 :10wt%, Si3N4 30wt%,B :5Wt%和余量的Fe。其中，电弧喷涂的工艺参数为工作电压30V ；喷涂距离为 150mm ；空气压力为0. 8MPa ；走丝电压15V。喷涂的厚度为10mm。去除树脂母模，对制得的铁基壳体进行退火处理。退火处理的工艺条件为，真空退火，退火温度750度，退火时间3个小时。
权利要求
1.一种电弧喷涂制备具有自润滑功能的铁基模具的方法，其包括以下步骤(1)提供一快速原型、过渡模型或产品实物，作为母模；(2)母模表面进行前处理；(3)电弧喷涂铁基粉芯丝材，制备所述的具有自润滑功能的铁基模具壳体；(4)脱去母模以及后处理。
2.权利要求1所述的电弧喷涂制备具有自润滑功能的铁基模具的方法，其特征在于所述的母模为塑料模具、石膏模具、木材模具、陶瓷模具或者石墨模具。
3.权利要求1所述的电弧喷涂制备具有自润滑功能的铁基模具的方法，其特征在于所述的前处理步骤包括施加脱模剂的步骤；所述的脱模剂可以是机械油或者聚乙烯醇。
4.权利要求1所述的电弧喷涂制备具有自润滑功能的铁基模具的方法，其特征在于所述的粉芯丝材具有粉芯层和外皮层，其中外皮层为铁，所述的外皮层的质量占丝材的15-25wt%，粉芯层的组成和含量分别为=BN :20-35wt%, C3N4 :10_15wt%、Si3N4 15-35wt%,B余量的 Fe。
5.权利要求1所述的电弧喷涂制备具有自润滑功能的铁基模具的方法，其特征在于电弧喷涂的工艺参数为工作电压20-35V;喷涂距离为IOO-ISOmm ；空气压力为 0. 6-0. 9MPa ；走丝电压13_16V。根据需要，喷涂的厚度为5_20mm。
6.权利要求4所述的电弧喷涂制备具有自润滑功能的铁基模具的方法，其特征在于所述的BN、C3N4和Si3N4的平均粒径小于200um。
7.权利要求6所述的电弧喷涂制备具有自润滑功能的铁基模具的方法，其特征在于所述的BN、C3N4和Si3N4的平均粒径在10-50nm的范围。
8.权利要求1所述的电弧喷涂制备具有自润滑功能的铁基模具的方法，其特征在于步骤(4)包括一个退火处理的步骤，在真空环境或惰性气体或还原气体的条件下进行退火处理。
9.权利要求1所述的电弧喷涂制备具有自润滑功能的铁基模具的方法，其特征在于退火温度为650-850度，退火保温时间2-5个小时，升温或者降温速率为0. 5-2度/秒。
10.一种具有自润滑功能的铁基模具，根据权利要求1-9任意一项的方法制备得到。
全文摘要
本发明提供了一种电弧喷涂制备冲压模具的方法，其包括以下步骤提供一快速原型、过渡模型或产品实物，作为母模；母模表面进行前处理；电弧喷涂粉芯丝材，制备所述的具有自润滑功能的冲压模具壳体；脱去母模以及后处理。采用本申请的模具制备方法成功避免了传统的浇铸或锻造方法的技术难点，而采用本申请的制备方法，工艺流程简单，得到的模具表面质量高。
文档编号B21D37/20GK102242329SQ20111015036
公开日2011年11月16日 申请日期2011年6月7日 优先权日2011年6月7日
发明者郑霞 申请人:昆山市瑞捷精密模具有限公司