专利名称：金属高温成型模具及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种模具及其制造方法，特别是涉及一种具有陶瓷涂层的金属高温成 型模具及其制造方法。
背景技术：
金属钛、镁、铝及其合金通过超塑性成型或金属气压成型时，需要将预成型的金属 基体置于模具内，然后对模具进行高温加热(通常大于800°C )，使金属基体受热软化，同时 对金属基体施以高气压，使软化的金属基体在气压的作用下贴附于模具型腔，从而成型。目前，金属高温成型的模具材料主要有两种，一种是金属材料，如合金钢“RA330”， 另一种是陶瓷。这两种材料各优缺点，其中陶瓷材料的表面抗氧化性能较好，但抗冲击性较 差，制造及维修较困难，技术和成本较高。金属材料的强度及抗冲击性能均较好，同时便于 维修和制造，但是表面抗氧化性能不如陶瓷，尤其是在上述高温工作情况下，模具表面极易 氧化，而且容易发生模具与金属工作台的粘附现象，严重影响成型零件的外观质量，并给模 具的拆装带来很大困难。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种耐高温、抗氧化性能好的金属高温成型模具。另外，还有必要提供一种由上述模具的制造方法。一种金属高温成型模具，包括一金属的模具基体，其特征在于该金属高温成型模 具还包括一至少形成于该模具基体的型腔表面的陶瓷涂层，该陶瓷涂层由三氧化二铬、二 氧化硅及三氧化二铝组成。—种金属高温成型模具的制造方法，包括如下步骤提供一模具基体，该模具基体由金属材料制成；用喷砂方式对该模具基体表面进行粗化处理；对该模具基体进行预热；用热喷涂方法至少于该模具基体的型腔表面形成一陶瓷涂层，该陶瓷涂层由三氧
化二铬、二氧化硅及三氧化二铝组成。相较于现有技术，本发明金属高温成型模具于模具基体的表面形成一耐高温、抗 氧化的陶瓷涂层，使该金属高温成型模具具有较高的表面抗氧化能力，同时可以解决在高 温下容易与工作台发生粘附现象的问题。上述金属高温成型模具的制造方法，由于热喷涂 使用的设备简单，陶瓷材料较容易获得，对模具前处理要求不高，相对成本较低。同时，维修 模具简单，通过喷砂即可去除陶瓷涂层。
图1是本发明较佳实施方式金属高温成型模具的剖视示意图；图2是由氧化钛及三氧化二铬组成的陶瓷层使用前的表面金相显微照片；
图3是本发明较佳实施方式金属高温成型模具的陶瓷涂层使用前的表面金相显 微照片；图4是由氧化钛及三氧化二铬组成的陶瓷层的截面金相显微照片；图5是使用发明较佳实施方式金属高温成型模具的陶瓷涂层的截面金相显微照 片。
具体实施例方式本发明金属高温成型模具可用于钛、镁、铝及其合金等金属的高温成型。图1所示为本发明较佳实施方式的模具10，包括模具基体12及形成于模具基体 12表面的陶瓷涂层14。模具基体12的材料为金属，比如可采用RA330、3Cr2W8V、3Cr3Mo3W2V、 5Cr4Mo2W2VSi、5Cr4Mo3SiMnVAe、5Cr4W5Mo2V等型号的高耐热性合金钢材，优选RA330型号 钢材。陶瓷涂层14通过热喷涂(如火焰喷涂或等离子体喷涂)的方式至少形成于模具 基体12与待成型金属软化体接触的型腔表面及一部分外表面，如模具基体12与工作台接 触的外表面。陶瓷涂层14由三氧化二铬(Cr2O3)、二氧化硅(SiO2)及三氧化二铝(Al2O3)组 成。其中三氧化二铬的质量含量约为89% 93%，优选为91%;二氧化硅的质量含量约为 6% 10%，优选为8% ；三氧化二铝的质量含量约为0.5% 1.5%，优选为1%。陶瓷涂 层厚度大约为0. 05 0. 15mm，优选为0. 10 0. 12mm。上述模具10的制造方法包括如下步骤提供一金属的模具基体12。对模具基体12进行预处理。该预处理主要包括先用一碱基清洗液清洗模具基体 12，以去除模具基体12表面的油污，然后对模具基体12表面进行喷砂粗化处理，使模具基 体12的表面粗糙度Ry (轮廓最大高度)大约在40 100 μ m。将模具基体12预热至150 200°C。后续热喷涂步骤中熔融的喷涂材料的温度很 高(可达2500°C )，如果高温度的喷涂材料直接喷涂至冷的模具基体12，喷涂材料可能会因 为骤冷而不能很好的与模具基体12结合，所以在进行热喷涂前先将模具基体12预热。用热喷涂方法于该预热的模具基体12表面形成一陶瓷涂层14。陶瓷涂层14至 少形成于模具基体12与待成型的金属软化体接触的的型腔表面及与及一部分外表面上， 如与工作台接触的外表面。形成陶瓷涂层14所采用的热喷涂材料可以是由三氧化二铬、二 氧化硅及三氧化二铝组成的线材或粉体材料。该热喷涂材料中三氧化二铬的质量含量约为 89% 93%，优选为91% ；二氧化硅的质量含量约为6% 10%，优选为8% ；三氧化二铝 的质量含量约为0.5% 1.5%，优选为1%。本实施例采用直径为4. 75mm的线材。采用 的热喷涂方法可以为火焰喷涂或等离子喷涂，本实施例采用火焰喷涂，工艺参数为氧气输 出压力大约为0. 4 0. 44Mpa ；乙炔输出压力大约为0. 14 0. 18Mpa ；空气输入压力大约 为0. 45 0. 5Mpa ；送线速度为0. 45 0. 48m/min ；喷枪的进步速度为1000mm/s。陶瓷涂 层14的厚度大约为0. 05 0. 15mm，优选为0. 10 0. 12mm将不具有陶瓷涂层的普通模具与上述形成有陶瓷涂层14的模具10与及另一具有 由氧化钛及三氧化二铬组成的陶瓷涂层(以下简称氧化钛陶瓷涂层)的模具同时用于钛合金成型验证比较，工作温度大约为800°C 90(TC，各成型100件。对使用样前陶瓷层一及 陶瓷层二的表面及截面形貌、使用后三种模具的表面状况及三种模具成型的样品进行了对 比分析，结果如下请参阅图2及图3，使用前氧化钛陶瓷涂层表面较为粗糙，其平均表面粗糙度Ry为 9.925μπι;陶瓷涂层14表面较为光滑、细致，其表面粗糙度Ry仅为1.562μπι。另外，从使 用前陶瓷涂层14及氧化钛陶瓷涂层的截面金相照片(图4及图5所示)可以看出氧化钛 陶瓷涂层有大量的孔隙存在，而且孔径较大，平均孔径尺寸约为16. 4 μ m ；而陶瓷涂层14则 较为致密，孔隙较少，平均孔径尺寸小于5 μ m。三种模具各成型100件样品后发现，普通模 具的型腔表面已明显氧化，且有明显的氧化膜脱落现象；氧化钛陶瓷涂层脱落严重，脱落处 模具表面已出现氧化现象；而陶瓷涂层14变化不明显。对于成型样品，用普通模具成型的 样品表面极为粗糙，孔隙很多；由于氧化钛陶瓷涂层表面粗糙度较大，有大量颗粒，且多次 成型使用后脱落严重，导致具有氧化钛陶瓷涂层的模具成型之样品表面存在大量凹陷及针 孔；用具有陶瓷涂层14的模具10成型的样品表面光滑平整，色泽均勻。本发明较佳实施方式的模具10于金属模具基体12的型腔表面及与工作台接触的 表面形成一耐高温、抗氧化的陶瓷涂层14，使模具10具有较高的表面抗氧化能力，同时解 决了在高温下容易与工作台发生粘附现象的问题。上述模具10的制造方法，由于热喷涂使 用的设备简单，陶瓷材料较容易获得，对模具前处理要求不高，相对成本较低。同时，维修模 具简单，通过喷砂即可去除陶瓷涂层14。
权利要求
1.一种金属高温成型模具，包括一金属的模具基体，其特征在于该金属高温成型模 具还包括一至少形成于该模具基体的型腔表面的陶瓷涂层，该陶瓷涂层由三氧化二铬、二 氧化硅及三氧化二铝组成。
2.如权利要求1所述的金属高温成型模具，其特征在于该三氧化二铬的质量含量为 89 % 93 %，该二氧化硅的质量含量为6 % 10 %，该三氧化二铝的质量含量为0. 5 % 1. 5%。
3.如权利要求2所述的金属高温成型模具，其特征在于该三氧化二铬的质量含量为 91%, 二氧化硅的质量含量为8%，三氧化二铝的质量含量为1 %。
4.如权利要求1所述的金属高温成型模具，其特征在于该陶瓷涂层的厚度为0.05 0. 15mm0
5.如权利要求4所述的金属高温成型模具，其特征在于该陶瓷涂层的厚度为0.10 0. 12mm0
6.如权利要求1所述的金属高温成型模具，其特征在于该陶瓷涂层还形成于该模具 基体的部分外表面上。
7.一种金属高温成型模具的制造方法，包括如下步骤提供一模具基体，该模具基体由金属材料制成；用喷砂方式对该模具基体表面进行粗化处理；对该模具基体进行预热；用热喷涂方法至少于该模具基体的型腔表面形成一陶瓷涂层，该陶瓷涂层由三氧化二 铬、二氧化硅及三氧化二铝组成。
8.如权利要求7所述的金属高温成型模具的制造方法，其特征在于形成该陶瓷涂层 所采用的热喷涂材料是由三氧化二铬、二氧化硅及三氧化二铝组成组成的线材。
9.如权利要求8所述的金属高温成型模具的制造方法，其特征在于该三氧化二铬的 质量含量为89% 93%，该二氧化硅的质量含量为6% 10%，该三氧化二铝的质量含量 为 0. 5% 1. 5%。
10.如权利要求7所述的金属高温成型模具的制造方法，其特征在于该陶瓷涂层的厚 度为 0. 10 0. 12mm。
11.如权利要求7所述的金属高温成型模具的制造方法，其特征在于该粗化处理使该 模具基体表面的轮廓最大高度为40 100 μ m。
12.如权利要求7所述的金属高温成型模具的制造方法，其特征在于所采用的热喷涂 方法为火焰喷涂法。
全文摘要
本发明提供一种金属高温成型模具，包括一金属的模具基体，该金属高温成型模具还包括一至少形成于该模具基体的型腔表面的陶瓷涂层，该陶瓷涂层由三氧化二铬、二氧化硅及三氧化二铝组成。本发明还提供一种上述模具的制造方法。
文档编号B24C1/00GK101992244SQ20091030558
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月13日 优先权日2009年8月13日
发明者丁大伟, 朱永刚, 林兆焄, 马德宝, 龙丽 申请人:深圳富泰宏精密工业有限公司