一種熱噴涂工藝快速成型銅鑄件模具及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及模具制造領(lǐng)域，尤其涉及一種熱噴涂工藝快速成型銅鑄件模具，同時 還涉及該銅鑄件模具的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 模具工業(yè)是技術(shù)附加值最高的行業(yè)之一，是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域。目前我 國已把模具列入了國家重點支持發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄。
[0003] 模具工業(yè)是制造業(yè)的一項基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，也是衡量一個國家 制造水平的重要標(biāo)志。機械、汽車、電子、石化、建筑等5大支柱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，都離不開模具， 模具的生產(chǎn)技術(shù)水平在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量和市場的開發(fā)能力。
[0004] 正因為模具工業(yè)的巨大市場前景，目前世界各國都在模具制造上投入巨大的資 金，不斷地開發(fā)模具制造的新技術(shù)、新方法、新材料等。傳統(tǒng)模具制造方法具有高投入、長工 期、長壽命的特點，對于大、中批量生產(chǎn)有一定優(yōu)勢。但隨著近年來市場競爭的加劇，要求企 業(yè)必須能更快速的響應(yīng)市場和用戶的需要，促使工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)模式由傳統(tǒng)的大、中批量 向靈活、易變性和快速反應(yīng)能力的中、小批量轉(zhuǎn)變。
[0005] 在這種條件下，傳統(tǒng)模具制造方法由于其固有的生產(chǎn)周期長、投入資金大、產(chǎn)品改 進(jìn)困難等缺點，在一定程度上制約了企業(yè)的市場競爭力。因此，在模具領(lǐng)域正向高度集成 化、智能化、柔性化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。追求的目標(biāo)是提高產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)效率，縮短設(shè)計及 制造周期，降低生產(chǎn)成本，滿足用戶需要。因此，開發(fā)快速、經(jīng)濟、高性能的模具越來越受到 人們的重視。
[0006] 目前，許多新技術(shù)正在模具制造領(lǐng)域得到應(yīng)用，如基于快速原型技術(shù)與熱噴涂、電 鑄、精密鑄造、電火花等特種加工等方法結(jié)合，使模具加工更加靈活、經(jīng)濟、快速，是一個技 術(shù)含金量極高的高新領(lǐng)域。
[0007] 過去的80年中，熱噴涂作為一種最重要的且可能以最豐富的方式影響人類生活 的表面工程得到了巨大發(fā)展；同時，利用熱噴涂方法制備模具是一項快速制模技術(shù)，是熱 噴涂的另一重要應(yīng)用領(lǐng)域，這種方法生產(chǎn)模具成本低，制造周期短，滿足當(dāng)前對模具制造靈 活、經(jīng)濟、快速的新要求。熱噴涂制造模具是通過逐層噴涂堆積而成，對模具形狀和尺寸可 實現(xiàn)有效控制。早在上世紀(jì)80年代，美國TAFA公司就已成功地利用電弧噴涂制造出大型 汽車塑料內(nèi)飾件模具，但目前大多數(shù)熱噴涂制模技術(shù)僅限于制造低熔點金屬模具，如電弧 噴鋁、鋅及其合金等。這些低熔點技術(shù)模具強度低、表面硬度差，僅適用于普通吹塑、吸塑模 具，其應(yīng)用受到很大限制。
[0008] 銅鑄件模具對模具性能提出了較高要求，由于模具表面要頻繁接觸熔融銅液，因 此不但要使整體模具具有良好的導(dǎo)熱性能，快速地實現(xiàn)熱傳導(dǎo)將熔融銅液固化成產(chǎn)品，而 且對模具表面耐熱蝕性能和硬度提出了更高要求。目前，合金材料能較好的實現(xiàn)表面耐熱 蝕能力，且材料硬度較高，但其成形性較差，可塑性較低，該類材料制備模具最常用的加工 方法是鑄造和粉末冶金。但鑄造加工法常引起合金元素的微偏析，增強相從熔液中排出。粉 末加工法則是生產(chǎn)費用高且耗時，加工過程復(fù)雜，如重?zé)Y(jié)、混合、冷壓、脫氣、熱壓以及二 次加工等。這些模具加工方法的不足，亟需開發(fā)出一種成本低、效率高，耐熱蝕性好的新型 銅鑄件模具。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 鑒于此，本發(fā)明目的在于提供一種成本低、效率高，耐熱蝕性好的新型銅鑄件模 具，以及該模具的制備方法。本發(fā)明的模具性價比高，生產(chǎn)周期短，同時具備優(yōu)異的導(dǎo)熱性、 耐熱蝕性和硬度，能夠滿足實際生產(chǎn)要求，適用于銅鑄件模具等模具制造領(lǐng)域，具有良好的 應(yīng)用前景與經(jīng)濟效益。
[0010] 為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是，提供一種熱噴涂工藝快速成型 銅鑄件模具，從內(nèi)到外依次為導(dǎo)熱層、過渡層和耐熱蝕層，所述導(dǎo)熱層由高導(dǎo)熱金屬材料通 過熱噴涂到基底材料表面構(gòu)成，所述過渡層由高沉積效率和耐蝕性能的金屬材料通過熱噴 涂到導(dǎo)熱層上構(gòu)成，所述耐熱蝕層由高硬度、強耐熱蝕性能的合金陶瓷材料通過熱噴涂到 過渡層上構(gòu)成。
[0011] 進(jìn)一步地，所述導(dǎo)熱層所用高導(dǎo)熱金屬材料為Al、Zn、Cu中的一種或多種。
[0012] 進(jìn)一步地，所述過渡層所用金屬材料為不銹鋼、FeCrAl、NiCr、NiCrAl中的一種。
[0013] 進(jìn)一步地，所述耐熱蝕層所用的合金陶瓷材料為碳化鉻類、碳化鎢類、鈷基類中的 一種或多種。
[0014] 更進(jìn)一步地，所述碳化鉻類合金陶瓷材料包括Cr3C2-7NiCr、Cr3C2-25NiCr。
[0015] 更進(jìn)一步地，所述碳化鎢類合金陶瓷材料包括WC-12Co、WC-8C0。
[0016] 更進(jìn)一步地，所述鈷基類合金陶瓷材料包括CoMoCrSi、CoCrNiWSi。
[0017] 優(yōu)選地，所述導(dǎo)熱層厚度為1000ym-3000ym，過渡層厚度為2000ym-5000ym， 耐熱蝕層厚度為150ym-500ym。
[0018] 本發(fā)明還提供了前述熱噴涂工藝快速成型銅鑄件模具的制備方法，包括以下步 驟：
[0019] 步驟1 :將基體材料制成與要生產(chǎn)鑄造的零件結(jié)構(gòu)、尺寸對應(yīng)的實型模具，并對基 體進(jìn)行表面粗化處理，表面粗化方法包括噴砂、滾花或電拉毛；
[0020] 步驟2:采用火焰噴涂或電弧噴涂方法在步驟1得到的基體的表面噴涂高導(dǎo)熱金 屬材料形成導(dǎo)熱層；
[0021] 步驟3 :采用火焰噴涂或電弧噴涂方法在步驟2得到的導(dǎo)熱層的表面噴涂高沉積 效率和耐蝕性能的金屬材料形成過渡層；
[0022] 步驟4 :采用等離子噴涂或超音速火焰噴涂方法在步驟3得到的過渡層的表面噴 涂合金陶瓷材料形成耐熱蝕層；
[0023] 步驟5 :去除基體材料，得到滿足要求的銅鑄件模具。
[0024] 進(jìn)一步地，具體步驟如下：
[0025] 步驟1 :將ABS塑料、水溶性石膏或石英砂/石蠟混合物材料制成與要生產(chǎn)鑄造的 零件結(jié)構(gòu)、尺寸對應(yīng)的實型模具，對基體進(jìn)行噴砂、滾花或電拉毛處理；
[0026] 步驟2 :采用電弧噴涂方法制備導(dǎo)熱層，噴涂參數(shù)為：噴涂電流100~400A，噴涂 電壓15~60V，壓縮空氣壓力0. 3~IMPa，噴涂距離100~300mm;當(dāng)選擇噴涂易氧化金屬 Cu時，壓縮氣體為氬氣；
[0027] 步驟3 :采用電弧噴涂方法制備過渡層，噴涂參數(shù)為：噴涂電流200~350A，噴涂 電壓25~50V，壓縮空氣壓力0? 3~IMPa，噴涂距離100~300謹(jǐn)；
[0028] 步驟4 :采用超音速火焰噴涂方法制備耐熱蝕層，噴涂參數(shù)為：助燃?xì)?、燃?xì)夂洼o 助氣的壓力分別為8~12bar、4~8bar和6~8bar，流量分別為100~250slpm、60~ 90slpm和350~550slpm，送粉氣壓力為2~8bar，流量為10~20slpm，送粉速率為30~ 120g/min，噴涂距離為200~350mm；
[0029] 步驟5 :采用化學(xué)溶解法或水溶解法，使噴涂成型的模具從基底材料上脫模，得到 滿足要求的銅鑄件模具。
[0030] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案中的一個技術(shù)方案具有如下優(yōu)點：
[0031] 1、本發(fā)明中，導(dǎo)熱層由高導(dǎo)熱金屬材料構(gòu)成，起到使模具熱量快速傳輸，鑄件快速 成型的作用；過渡層由高沉積效率、且具備一定力學(xué)性能和耐蝕性能的金屬材料構(gòu)