專利名稱：一種熱作模具鋼表面納米陶瓷復合涂層材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及熱作模具鋼，特指一種熱作模具鋼表面納米陶瓷復合涂層材料的制備方法。
背景技術：
H13鋼是C-Cr-Mo-Si-V型的中合金熱作模具鋼，是最具有代表性且使用最廣泛的熱作模具鋼，具有良好的紅硬性、較高的韌性和優良抗熱疲勞性能等，被國內外廣泛采用來制造熱鍛模具、有色金屬壓鑄模具和熱擠壓模具等；H13鋼經常規熱處理工藝淬火、回火后的硬度一般為42 48 HRC，耐磨性不足，模具使用壽命較短，另外由于模具在高溫狀態下，需要長時間與熔融金屬液接觸，從而造成H13鋼的主要失效形式為熱磨損(熔損)和熱疲勞，因此要求熱作模具鋼表面具有高硬度、耐熱蝕、抗粘結等性能；由于模具制造加工周期很長、加工費用高，模具質量和壽命直接影響生產產品的質量、精密程度、生產效率和生產成本，因此如何進一步提高和改善熱作模具鋼的表面性能就成為一個迫切需要解決的問題；鑒于模具失效大都由表面開始，采用表面工程方法對H13熱作模具鋼進行表面處理成為解決模具失效問題的有效途徑，能夠改善模具鋼性能并延長模具的使用壽命。目前在熱作模具表面強化及修復中常用的表面技術有化學熱處理、表面涂覆處理、表面加工強化處理、電刷鍍修復技術及電弧堆焊修復技術等，但是上述工藝卻存在一次性成本高、表面硬度低、使用壽命短等缺點；而等離子噴涂制備納米陶瓷復合涂層具有優異的耐摩擦磨損、抗氧化、抗熱震等優良性能，可以對金屬部件提供全方位的有效保護，被廣泛應用于很多領域；但是等離子噴涂制備的傳統陶瓷涂層(即微米級涂層)也存在一些不足，如涂層的韌性較差、與金屬基體結合不牢固等，這些缺點嚴重限制了等離子噴涂陶瓷涂層的應用范圍。

發明內容
為解決等離子噴涂制備傳統陶瓷涂層材料技術中存在的上述不足，本發明提供了一種熱作模具鋼表面納米陶瓷復合涂層材料的制備方法。一種熱作模具鋼表面納米陶瓷復合涂層材料的制備方法，包括噴涂喂料的制備步驟、H13鋼基體預處理步驟、過渡層的制備步驟和納米陶瓷復合涂層的制備步驟，其特征在于所述的噴涂喂料的制備步驟為將納米級Al2O3和納米級TiO2混合均勻后的混合料配成料漿通過液相噴霧造粒，粉體燒結后，篩選出40 μ m-60 μ m的噴涂喂料；所述過渡層的制備步驟為采用等離子噴涂設備在經過預處理的基體試樣上直接進行噴涂作業，噴涂的鎳包鋁涂層厚度為50 90Mm，鎳包鋁過渡層的等離子噴涂工藝參數為噴涂材料是KF-2鎳包鋁粉末；噴涂功率30kw ;主氣流量40L/h ;送粉壓力O. 4MPa ;噴涂距離120mm ;所述納米陶瓷復合涂層的制備步驟為在制備好的過渡層之上采用等離子噴涂制備Al203/Ti02納米陶瓷復合涂層，等離子噴涂工藝參數為噴涂功率25 40kw ;主氣流量40L/h ;送粉 壓力
O.4MPa ;噴涂距離90_。
所述的一種熱作模具鋼表面納米陶瓷復合涂層材料的制備方法，其特征在于所述納米Al2O3為α相,顆粒最大尺寸不超過60 nm ;所述納米TiO2為金紅石相,顆粒最大尺寸不超過10 nm。所述的一種熱作模具鋼表面納米陶瓷復合涂層材料的制備方法，其特征在于所述混合料中TiO2的質量分數為3% 40%。所述的一種熱作模具鋼表面納米陶瓷復合涂層材料的制備方法，其特征在于所述粉體燒結的條件為800°C Xl h。
所述的一種熱作模具鋼表面納米陶瓷復合涂層材料的制備方法，其特征在于H13鋼基體預處理步驟為超聲波清洗以去除試樣表面的油污及其它污垢，然后利用射吸式噴砂機對試樣表面進行噴砂處理，最后再次對已經粗化的表面進行超聲清洗，以除去殘留的雜物。本發明所述的納米陶瓷復合涂層材料及其制備方法的有益效果主要體現在(I)所述納米陶瓷復合涂層顯微硬度高，耐磨性能優良；(2)抗氧化及抗熱震性能較好；(3)原料廉價、普通，工藝簡單、成本較低，利于工業化生產。所獲得的納米陶瓷復合涂層可達到修復缺陷或強化H13鋼基體作用，從而恢復并延長熱作模具的使用壽命。
具體實施例方式下面結合具體方式對本發明進行進一步描述
為達到發明目的本發明采用的技術方案是
首先選擇納米級Al2O3 (顆粒最大尺寸為60 nm)和TiO2 (顆粒最大尺寸為10 nm)粉末為原材料，納米Al2O3以α相存在；納米TiO2以金紅石相存在；其次通過液相噴霧再造粒方法制備出適合等離子噴涂的微米級喂料，其工藝流程為(1)不同成分的混合料97%Al203+3%Ti02 (質量分數，簡稱 AT3，下同)；87% Al203+13%Ti02 (AT13) ；80% Al203+20%Ti02(AT20) ；60% Al203+40%Ti02 (AT40)，將混合料配成漿料；(2)噴霧造粒；(3)粉體燒結；(4)粉體燒結(800°C Xl h) ; (5)篩選出40 μ m-60 μ m的噴涂喂料，最后采用等離子噴涂技術在H13熱作模具鋼表面制備納米陶瓷復合涂層。所述的等離子噴涂制備納米陶瓷復合涂層材料工藝如下
采用上海瑞法噴涂機械有限公司DH-1080等離子噴涂設備在H13熱作模具鋼表面進行納米陶瓷復合涂層制備，該設備由噴槍(最大使用功率為Ar: 700AX72V =50.4 kw ；N2:600AX85V =51kw);電源(最大輸入功率100 kw ;最大輸出功率80kw ;最大電能消耗60°/h);控制柜；轉接箱；熱交換器送粉器(送粉氣壓> O. 4P)。所用的H13熱作模具鋼的成分(質量分數％)見表I。表I H13鋼化學成分(質量分數％)
權利要求
1.一種熱作模具鋼表面納米陶瓷復合涂層材料的制備方法，包括噴涂喂料的制備步驟、H13鋼基體預處理步驟、過渡層的制備步驟和納米陶瓷復合涂層的制備步驟，其特征在于所述的噴涂喂料的制備步驟為將納米級Al2O3和納米級TiO2混合均勻后的混合料配成料漿通過液相噴霧造粒，粉體燒結后，篩選出40 u m-60 u m的噴涂喂料；所述過渡層的制備步驟為采用等離子噴涂設備在經過預處理的基體試樣上直接進行噴涂作業，噴涂的鎳包鋁涂層厚度為50 90Mm，鎳包鋁過渡層的等離子噴涂工藝參數為噴涂材料是KF-2鎳包鋁粉末；噴涂功率30kw ;主氣流量40L/h ;送粉壓力0. 4MPa ;噴涂距離120mm ;所述納米陶瓷復合涂層的制備步驟為在制備好的過渡層之上采用等離子噴涂制備Al203/Ti02納米陶瓷復合涂層，等離子噴涂工藝參數為噴涂功率25 40kw ;主氣流量40L/h ;送粉壓力0.4MPa ;噴涂距離90_。
2.如權利要求I所述的一種熱作模具鋼表面納米陶瓷復合涂層材料的制備方法，其特征在于所述納米Al2O3為a相,顆粒最大尺寸不超過60 nm ;所述納米TiO2為金紅石相，顆粒最大尺寸不超過10 nm。
3.如權利要求I所述的一種熱作模具鋼表面納米陶瓷復合涂層材料的制備方法，其特征在于所述混合料中TiO2的質量分數為3% 40%。
4.如權利要求I所述的一種熱作模具鋼表面納米陶瓷復合涂層材料的制備方法，其特征在于所述粉體燒結的條件為800°C Xl h。
5.如權利要求I所述的一種熱作模具鋼表面納米陶瓷復合涂層材料的制備方法，其特征在于H13鋼基體預處理步驟為超聲波清洗以去除試樣表面的油污及其它污垢，然后利用射吸式噴砂機對試樣表面進行噴砂處理，最后再次對已經粗化的表面進行超聲清洗，以除去殘留的雜物。
全文摘要
本發明涉及熱作模具鋼，特指一種熱作模具鋼表面納米陶瓷復合涂層材料的制備方法。本發明包括噴涂喂料的制備步驟、H13鋼基體預處理步驟、過渡層的制備步驟和納米陶瓷復合涂層的制備步驟。本發明所述的納米陶瓷復合涂層材料及其制備方法的有益效果主要體現在(1)所述納米陶瓷復合涂層顯微硬度高，耐磨性能優良；(2)抗氧化及抗熱震性能較好；(3)原料廉價、普通，工藝簡單、成本較低，利于工業化生產。所獲得的納米陶瓷復合涂層可達到修復缺陷或強化H13鋼基體作用,從而恢復并延長熱作模具的使用壽命。
文檔編號C23C4/10GK102650029SQ20121012186
公開日2012年8月29日 申請日期2012年4月25日 優先權日2012年4月25日
發明者宋仁國, 王超 申請人:常州大學