本发明属于表面改性，具体涉及一种表面强化层、其直接能量沉积得到的大型压铸机模板及其制备方法。
背景技术：
1、压铸是一种利用高压将液态金属填充至模具腔内，并在压力作用下快速凝固成铸件的铸造工艺。在此过程中，压铸机会施加锁模力，由动模板和静模板的接触表面承受。然而，在实际应用中，长期工作和大型模板尺寸的特点，导致模板的塑性变形和表面问题日益凸显。动模安装表面和静模安装表面在与对应表面接触形成模具型腔并承受锁模力的过程中，常常出现凹陷、磨损、腐蚀和开裂等问题。这些问题会直接影响所生产压铸产品的精度和质量。特别是对于大型压铸机模板而言，其制造成本高昂且制造周期较长，一旦模板表面失效，整个模板也会因此失效，带来巨大的经济损失。因此，解决动模安装表面和静模安装表面的磨损、腐蚀等问题，提高其耐久性和使用寿命，成为当前压铸行业中急需解决的技术难题。
2、对于大型压铸机模板失效等问题，多数采用激光处理和渗氮技术，但上述方法存在一些局限，不能同时解决模板凹陷、磨损、腐蚀和开裂等失效问题。
3、cn106521101a提出了一种模板表面抵抗凹陷能力的方法，具体为：在模板的生产制造过程中，对模板完成精加工后，通过激光对模板的表面进行聚焦扫描以改变模板的表面材料组织，并在模板表面形成一层强化层，强化层可提高模板表面抗压强度，从而防止模板表面出现凹陷问题，同时在处理过程中没有改变模板形状，故不会影响压力成型机的开模行程。然而，激光处理强化层虽然可以提高模板表面抗压强度，但并未解决模板在硬度、耐磨性和防腐性等方面的问题。此外，对于大型压铸机模板，激光强化处理还会导致制造成本高、周期长等一系列问题。
4、cn108251785a公开了一种压铸机模板的表面处理工艺，通过抛光处理、脱脂处理和渗氮处理，显著提升了压铸机模板的表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性等，从而提高了压铸机产品质量，并延长了压铸机的使用寿命。然而，尽管渗氮处理可以增加表面硬度，但并未解决表面凹陷、磨损和腐蚀性等问题，且渗氮过程中，特别是在快速冷却阶段，容易产生内部应力，导致表面甚至内部出现裂纹，削弱模板的强度和耐用性。
5、cn107175426a公开了一种药芯丝材的化学成分，以质量百分数计,包括cr 26~30%，mo 8~10%，w 1.3~3%，ni 1.5~2.5%，si 0.8~1.2%，mn 0.6~1.0，nb 0.15~0.3%，c 1.2~1.6%，
6、p≤0.02%，s≤0.02%，余量为co和杂质，可在大型热锻模具型腔工作区域的表面上进行堆焊，形成表面强化层。然而，药芯成分中的p元素会降低强化层的强度和耐腐蚀性能，导致强化层在加工过程中使堆焊质量不稳定，co元素占比高达50%左右，其大量的加入，虽然可以使模板硬度变高，但根据实际实施例来看，其硬度增加的并不明显，且nb会增加成本并且是非必须的。
7、随着压铸机锁模力的跨越式的提升，模板等大型零部件的尺寸也越来越大，按照常规的表面处理对铸造工艺给予极大压力，材料使用也造成大量浪费，而且维修起来非常繁琐，一般的压力成型机的使用厂家无法维修，需要将模板运送至生产厂家修复，这大大的增加了维修周期和成本。因此，亟需研究一种用于大型压铸机模板的表面强化层，既可以解决压铸机模板容易产生磨损、腐蚀、变形和开裂等问题，也可以提高抗压力及硬度。
技术实现思路
1、发明目的：本发明目的在于提供一种表面强化层、其直接能量沉积得到的大型压铸机模板及其制备方法。
2、本发明采用的技术方案是：
3、本发明提供了一种用于大型压铸机模板的表面强化层，所述强化层为药芯焊丝或药芯粉末直接能量沉积形成，所述药芯焊丝或药芯粉末的组成为：钨6.0~9.0wt.%，硫0.01~0.08wt.%，铬35.0~54.1wt.%，硅1.0~3.0wt.%，碳0.2~1.0wt.%，锰3.0~7.0wt.%，镍7.0~18.8wt.%，钼 3.0~6.0wt.%，余量为铁。
4、其中，铬元素是制备强化层的基本元素，它可以提高压铸机模板表面强化层的硬度，提高耐磨性，也可以提高其抗氧化性；加入适量的铬后，铬溶解在粘结相中，能大幅度提高涂层的耐高温性能和强度；
5、镍不仅作为制备强化层的第二大基本元素，也作为强化层中的粘结相，其可以提高强化层与基材的粘结强度，提高韧性和耐腐蚀性能。但当镍含量低于7.0wt%时，烧结过程中不能产生足够高的液相，从而导致涂层与基材的结合强度降低。因此，要同时获得良好的耐磨性、耐腐蚀性和强度，ni含量宜控制在7.0~18.8wt%。
6、钨作为强化层中的硬质相，通过高温烧结，使强化层获得较高的硬质和耐磨防腐性能，通过粘结使涂层具有足够的强度，同时也有助于强化层良好的附着性和耐腐蚀性。
7、锰元素的适量加入，可进一步改善压铸机模板表面强化层的综合性能。锰可以提高强化层的热稳定性，同时可以增加焊缝的强度。锰还可以增加焊缝的韧性，提高模板表面强化层的抗冲击性能。
8、钼元素的适量加入，可进一步改善表面强化层的综合性能，也可以提高强化层的热稳定性，改善其切削性能，同时可以增加焊缝的强度。钼含量宜控制在3.0~6.0wt%左右。
9、本发明还提供了一种直接能量沉积上述表面强化层的大型压铸机模板的制备方法，包括以下步骤：
10、（1）选用基体硬度为160~210hb的钢材作为压铸机模板，利用数控铣床加工出压铸机模板的铣孔，对压铸机模板的表面进行切削或磨削，使压铸机模板表面的粗糙度控制在2.3~2.8μm；
11、（2）将步骤（1）处理后的的压铸机模板进行精加工和抛光处理；
12、所述精加工步骤为：利用数控铣床对压铸机模板进行精铣孔，然后对压铸机模板表面进行切削或磨削，完成整体铣削；
13、所述抛光处理采用物理抛光法，步骤为：对精加工后的压铸机模板表面用金刚石砂带进行交叉打磨，接着用金刚石抛光液对压铸机模板表面进行抛光，使抛光后的压铸机模板表面的粗糙度控制在0.8~1.2μm；
14、（3）将步骤（2）抛光后的压铸机模板表面进行除油除锈和喷丸处理；喷丸处理中，喷嘴到压铸机模板表面距离为50~250mm，喷射方向和压铸机模板表面法线的夹角为15~45°，以达到模板表面粗糙度为2.5μm；
15、由于压铸机模板表面并不完全光滑，所以喷射方向和压铸机模板表面法线的夹角在操作过程中是变动的，最终达到模板表面粗糙度为2.5μm即可，上述操作可以提高堆焊强化层与模板之间的附着力，也可以增加模板表面活性，使堆焊层与模板更好的结合；
16、（4）将压铸机模板的待强化加工区域预热处理，所述待强化加工区域为铸件填充区域、模具开合区域、浇口和冷却通道周边2~5μm区域、凸台和凹槽区域；
17、（5）采用电弧堆焊工艺对步骤（4）处理后的压铸机模板的待强化加工区域堆焊1~3层药芯焊丝，形成表面强化层；或采用激光堆焊或电子束堆焊工艺对步骤（4）处理后的压铸机模板的待强化加工区域堆焊1~3层药芯粉末；其中单层堆焊层厚度为2~4mm，层与层重叠范围为40-50%；
18、（6）对步骤（5）堆焊后的压铸机模板进行保温缓冷和退火处理；
19、由于堆焊后压铸机模板表面温度很高，温度骤降会使模板表面出现裂纹，因此需要进行保温缓冷和退火处理；
20、（7）对步骤（6）退火处理后的压铸机模板的表面进行处理：用数控铣床对压铸机模板表面强化层进一步磨削，使压铸机模板表面强化层粗糙度控制在0.8~1.6μm；对压铸机模板表面进行清水清洗；对清洗完成的模板表面用油快速漂洗。
21、电弧堆焊是一种利用2% co2、98% ar等作为保护气体的堆焊方法，通过将焊丝连续送入并与堆焊母材之间产生的电弧热，使堆焊材料在母材表面熔化，以达到表面强化的目的。电弧堆焊的强化层不仅可以显著提高压铸机模板耐磨损、腐蚀和抗压强度等性能，同时可以提高大型压铸机的长期运行稳定性，并且成倍的延长了压铸机模板的使用寿命，提高了压铸成型效率和产品质量，降低了生产成本。
22、优选地，步骤（2）中，对压铸机模板进行精铣孔，孔直径50-80mm，孔的粗糙度在1-5μm；对精加工后的压铸机模板表面分别用80、300和500目的金刚石砂带进行交叉打磨，打磨顺序为：先80目金刚石砂带打磨，然后300目金刚石砂带打磨，最后500目金刚石砂带打磨。
23、优选地，步骤（4）中，所述预热处理的温度为300~350℃。根据板材性质和大小，调整预热处理的时间即可。
24、优选地，步骤（5）中，所述电弧堆焊的工艺参数为：电流为100~230a，电压为10~25v，速度为2.5~5mm/s，直径为0.5~2.0 mm；焊枪与压铸机模板表面法线的角度控制在30~90°，焊枪的移动速度控制在25~80mm/min。
25、焊枪与压铸机模板表面法线的角度可以采用机械控制，一般在30~90°（垂直与压铸机模板表面）之间进行调整，确保焊丝可以均匀的堆焊在压铸机模板的各个表面；以及焊枪的移动速度控制在25~80mm/min，以确保焊丝充分熔化并均匀分布在压铸机模板表面。
26、优选地，利用外加磁场对步骤（5）中所述表面强化层的厚度和堆焊区域进行控制。
27、在待强化加工区域周围设置可调节的电磁线圈，产生适当的磁场，从而优化强化层的形成和稳定性，减少加工过程中的喷溅和气孔产生，提高质量和表面强化层的致密性。
28、优选地，步骤（5）中，所述激光堆焊的工艺参数为：激光功率450~850w，扫描速度400~600mm/min，激光光斑直径0.3~1mm，送粉速率40~50g/min。
29、优选地，步骤（5）中，所述电子束堆焊工艺的参数为：加速电压50~60v，电子束电流8~12ma，聚焦电流480~520ma，线扫描速度500~600mm/min，送丝速度15~25mm/s。
30、优选地，步骤（6）中，所述保温缓冷的温度降幅为200~250℃，冷却速度为4~9℃/min；所述退火处理的温度降幅为600~680℃，冷却速度为45~50℃/min。
31、本发明还提供了一种采用上述制备方法制备得到的直接能量沉积表面强化层的大型压铸机模板。
32、有益效果
33、1、本发明制备的表面强化层可以使压铸机模板在抗磨损、抗腐蚀、抗变形和高温热稳定性方面表现优异。通过实验验证，本发明制备的大型压铸机模板的使用寿命较普通压铸机模板的使用寿命提高了5倍以上。
34、2、本发明提供的药芯焊丝或药芯粉末的组成中含有si、cr、c、mn、s、mo和ni等元素，保证了表面强化层具有良好的抗磨损、抗变形、抗腐蚀性和热稳定性性能。
35、3、本发明的压铸机模板表面强化层采用电弧堆焊的方法制备，通过工艺的优化，显著提高了强化层的抗压和结合强度，同时表面强化层的硬度hrc＞60。
36、4、本发明的压铸机模板表面强化层具有综合成本低廉、制备工艺简单、效果优异、适用于大型压铸机模板等大型尺寸机械零部件的优点。电弧堆焊制备的强化层不仅显著提高了压铸机模板耐磨损、耐腐蚀和抗压强度等性能，同时也提高了大型压铸机的长期运行稳定性，并且成倍的延长了压铸机模板的使用寿命，提高了压铸成型效率和产品质量，降低了生产成本。