[发明专利]一种冷作模具钢的表面处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面化学处理方法，具体讲涉及一种冷作模具钢的表面处理方法。

背景技术

模具工业方兴未艾，特别是进入21世纪后，每年都以20%以上的速度在递增，随着材料科学以及制造技术的进步，带动了模具工业向着更精良的方向发展。

模具选材是整个模具制作过程中非常重要的一个环节，模具选材需要满足三个原则，模具满足耐磨性、强韧性等工作需求，同时应满足经济适用性。

冷作模具钢侧重硬度、耐磨性，含碳量高，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性为主，冷作模具钢包括制造冲截用的模具（落料冲孔模、修边模、冲头、剪刀）、冷镦模和冷挤压模、压弯模及拉丝模等。适宜于制作在常温下对金属进行变形加工的模具(如下料模、弯曲模、剪切模、冷镦模、冷挤压模等)用的工具钢。

模具要求其基体有高的硬度、足够的韧性和高的抗弯强度，同时还要求其表面具有耐磨性，以保证冲压过程的顺利进行，模具形状及加工艺复杂，而且摩擦面积大，磨损可能性大，所以修磨起来困难，因此要求具有更高的耐磨化；模具工作时承受冲压力大，又由于形状复杂易于产生应力集中，所以要求具有较高的韧性；模具尺寸大、形状复杂，所以要求较高的淬透性，较小的变形及开裂倾向性。总之，冷作模具钢在淬透性、耐磨性与韧性等方面的要求较高。

冷作模具钢在工作时，由于被加工材料的变形抗力比较大，模具的工作部分承受很大的压力、弯曲力、冲击力及摩擦力。因此，冷作模具的正常报废原因一般是磨损，也有因断裂、崩力和变形超差而提前失效的。

在送变电领域，压接导线所用液压模具由于耐磨性不高，导致易于铝管粘接、服役寿命短等缺点，带来模具每年的更换费用就十分巨大。而目前依靠单纯通过改变基体材料来改善表面性能是非常有限同时也是非常困难的。表面工程技术在模具上的应用，在很大程度上可以弥补材料本身的不足。

化学镀是提高材料表面性能的一种重要手段，通过化学方法在材料表面形成镀层，可以有效改善材料的摩擦磨损性能。同时化学镀在目前的工业化生产中应用广泛且成熟，因此通过这种方法提高模具的性能有着良好技术支撑和前景。

纳米科技的发展为传统产业的提升提供技术支持，纳米颗粒具有小尺寸效应，量子尺寸效应，宏观量子隧道效应和表面效应，纳米颗粒具有特别的性质和效应，可增加材料的硬度和耐磨度。而且，随着技术的进步，纳米颗粒的制备成本大幅度降低，为纳米的颗粒的大规模工业化应用提供了基础。

复合镀指在电镀或化学镀液中将纳米颗粒共沉积到金属晶体中，能产生具有耐磨，耐腐蚀等优异性能的镀层。性能的产生又依赖于镀层中的惰性纳米颗粒。但是，由于纳米颗粒的比表面积大，表面能较高及粒子处于极不稳定状态，因而相互吸引，具有稳定的倾向，这种倾向使粒子产生团聚从而影响其应用效果。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种冷作模具钢的表面处理方法，在冷作模具表面化学镀沉积Ni-P-SiO₂/TiO₂复合镀层，通过表面改性后，提高模具表面的硬度以及耐磨性，大幅提高模具的使用寿命。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：

一种冷作模具钢的表面处理方法,其步骤包括净化处理、预镀Ni-P层和化学复合镀，将经预镀Ni-P层的冷作模具钢浸入添加了稳定剂和表面活性剂的镀液中进行表面活化；化学复合镀包括在75℃～95℃温度下，添加有经表面改性后预混合的TiO₂和SiO₂纳米颗粒的镀液中化学复合镀30～40分钟形成Ni-P-TiO₂/SiO₂镀层；再于室温下干燥后经250℃～500℃于马弗炉或箱式炉中处理0.5h～3h。

进一步的，镀液：

硫酸镍    15～40g/L

次磷酸钠  10～45g/L

乙酸钠    5～45g/L

乳酸      5～30g/L。

利用硫酸调节镀液的PH至4～6。

进一步的，净化处理为将冷作模具钢依次进行碱洗，酸洗，水洗和干燥。

将冷作模具钢经过砂纸磨光，再于酒精与丙酮的溶液中超声波清洗15～20分钟进行除油，再于室温下干燥；然后于45℃～70℃的碱洗液中碱洗5～10分钟，再水洗；再放入酸洗液中于室温条件下进行酸洗1～5分钟；然后进行水洗干燥。

进一步的，预镀为于75℃～95℃和在120～180r/min磁力搅拌下，预镀10～20分钟。

进一步的，稳定剂为浓度为1～4mg/L的硫脲或硼酸。