[发明专利]一种型材挤压模具表面强化复合材料制备方法

说明书

本发明涉及模具钢材料领域，特别是一种型材挤压模具表面强化复合材料制备方法。将表面涂覆超细混合粉末层与型材挤压模具一同置入烧结炉中保持1400℃，表面涂覆混合粉末层发生物理化学反应生成多相组织复合材料层，多相组织复合材料层包括碳纳米管NTS、SiO₂、ZrO₂、TiO₂、SiC，晶粒尺寸分布于亚微米至纳米之间。表面涂覆混合粉末层发生物理化学反应，物理化学反应完成后，生成多相组织复合材料层，解决了外加复合材料层与基体合金润湿性差、易发生界面反应以及组织稳定性差等问题，尤其适合于型材挤压模具等方面的应用。

技术领域

本发明涉及模具钢材料领域，特别是一种型材挤压模具表面强化复合材料制备方法。

背景技术

黑色金属挤压工艺最早应用于军事工业，二战结束后，挤压工艺得到了长足的进展，成为工业生产中的重要环节，尤其是型材挤压工艺得到了快速发展，从建筑铝型材到高速列车车体的广泛应用。目前，型材挤压模具的使用寿命占整个型材产品成本的比重为22%，型材挤压模具由于挤压过程受力条件极为恶劣，型材挤压模具经常因为产生过量磨损而报废，型材挤压模具材料要求高的硬度、强度韧性和耐磨性其中硬度高（HRC≥58-64），才能保证模具在被加工材料产生变形时，模具本身不产生变形和开裂，高的耐磨性是模具长期使用不走形。高耐磨性是以高硬度为基础的。同时要求有足够的强度与韧性，高的强度会提高模具的变形抗力，高的韧性防止冲击载荷下的脆断。还要求有良好的疲劳性能和良好的抗咬合能力。传统的型材挤压模具材料主要通过添加Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe金属元素达到提高硬度，强度和耐磨性的目的。目前建筑用型材和高速列车车体高端型材需求量非常大，型材挤压技术发展非常迅速，但是型材挤压成形比一般挤压需要的载荷力更大，开发高强度高耐磨型材挤压模具材料十分必要。目前世界上主要开了4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V等合金钢用于型材挤压成形，但是存在模具使用寿命短的问题。在专利申请号001171488的专利中提出了一种加稀土金属铌或加铝的中合金铬系热作模具钢，通过增加合金元素的合金化手段，上述专利通过添加稀有金属增加了模具成本，同时提高耐磨性非常有限。

基于上述目的，型材挤压模具表面强化可有效改善型材挤压模具性能，从而延长其在型材挤压过程中的寿命的有效方法。目前，在诸多表面强化方法中，基本可以分为两类，一类是扩散覆层，另一类是熔覆层。扩散覆层表面强化的常用方法主要包括：阳极氧化、铬酸盐化学氧化、物理气相沉积、化学气相沉积、电弧喷涂、电镀以及微弧氧化等。但这些方法获得的强化层较薄，不致密，强化层与基体之间属机械结合界面或扩散结合界面，结合强度不高，容易产生开裂、脱落，直接导致耐磨性能的降低。熔覆层表面强化的典型手段是激光表面处理，可以在型材挤压模具表面上获得厚而致密的强化层，且强化层与基体间属冶金结合，结合强度高，同时表面强化只对表层起作用，不影响基体的性质。但该类熔覆层表面强化技术均属于局部加热，且型材挤压模具的导热系数大，因此熔覆层至基体热影响区容易产生较大的温度应力而出现微裂纹、气孔等缺陷，导致不能发生良好的冶金结合。由于上述方法存在的问题，因此，本发明采用一种型材挤压模具表面强化复合材料制备方法，通过在型材挤压模具表面形成一种高强度的复合材料层，从而达到提高型材挤压模具表面硬度，强度和耐磨性。

发明内容

本发明专利的目的是：本发明的目的是要提供一种型材挤压模具表面强化复合材料制备方法，通过在型材挤压模具表面形成一种高强度的复合材料层，从而达到提高型材挤压模具表面硬度，强度和耐磨性，较传统的4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V等合金钢的强度、韧性、硬度和疲劳性能大幅提升。