[发明专利]H13钢基自润滑热作模具材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种H13钢基自润滑热作模具材料，包括基体、润滑相以及硬质相，其中，基体为H13钢粉末，润滑相为CaF₂和MoS₂的混合物，硬质相为Cr₂C₃，利用球磨机将基体、润滑相以及硬质相三相粉末混合均匀，再通过粉末冶金的方法制备得到热作模具材料。本发明提出的H13钢基自润滑材料所制造的热作模具，可在无外加润滑剂的条件下实现自润滑工作，减小模具与工件的摩擦与磨损，并实现清洁化生产。

技术领域

本发明涉及热作模具技术领域，尤其涉及一种H13钢基自润滑热作模具材料及制备方法。

背景技术

随着现代工业技术的发展，许多高端装备摩擦副工作在高温、高压等极端工况条件下。高温下工作的零部件的摩擦、磨损及润滑问题，显得格外突出。热作模具工作时摩擦条件异常严酷，模具温度极高，工作部分热磨损十分严重，导致模具寿命低。润滑油一般工作温度低于180℃，润滑脂的工作温度为80-100℃，高温润滑脂工作温度一般低于300℃，这些都不能满足工况温度大于300℃以上的情况，造成润滑剂利用率极低，润滑效果差，同时污染生产环境，影响生产人员的健康，从而影响现代产业工人的职业导向。研究环保无污染的新型润滑方式，可促进零部件成形产业的可持续发展。

高温自润滑材料本身具有减摩、抗磨和润滑功能，可在无外加润滑剂的条件下实现自润滑工作。研究能够满足热作模具服役环境所要求的高温机械强度与尺寸稳定性的高温自润滑材料，是在工业上解决该问题的途径之一。将自润滑材料应用在热作模具上，可减小模具与工件的摩擦与磨损，省去润滑系统，避免切削液造成的环境污染，可实现清洁化生产。

高温自润滑材料的制备主要包括利用表面技术、熔炼铸造法、粉末冶金等。制膜技术工艺简单，但制作出的涂层和覆膜易脱落，使用寿命短，工业上的使用受到限制。申请号为201310735658.2基于汗腺结构，采用造孔剂制备汗腺孔洞结构，通过化学反应而形成基体胞孔，但基体胞孔形状与分布难以控制，甚至形成局部堵塞，造成自润滑效果减弱。申请号为201710735974.8提出的高温仿生自润滑热作模具材料及其制备方法，采用基于快速成形技术制备高温仿生自润滑材料，利用快速成形技术制备的基体微孔结构规则有序，在材料结构的制备上更接近汗腺结构，润滑油的析出原理符合人体发汗原理，但缺点是：基体材料种类受到限制，现阶段高熔点金属材料在快速成形时难度大。且对于钢基体材料，存在各成分润湿性差的问题，制备效率低、成本高。

综上所述，热作模具使用过程中，液态润滑剂污染生产环境，影响生产人员的健康；同时，润滑剂利用率极低，润滑效果差。基于仿生与快速成型相结合的解决方案，其成形难度大，制备效率低且成本高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种H13钢基自润滑热作模具材料及制备方法，可在无外加润滑剂的条件下实现自润滑工作，减小模具与工件的摩擦与磨损，并实现清洁化生产，保护环境。

为实现上述目的，本发明提供一种H13钢基自润滑热作模具材料，包括基体、润滑相以及硬质相，其中，

基体为H13钢粉末，润滑相为CaF₂和MoS₂的混合物，硬质相为Cr₂C₃，利用球磨机将基体、润滑相以及硬质相三相粉末混合均匀，再通过粉末冶金的方法制备得到热作模具材料。

优选地，H13钢粉末的质量分数为：65%~85%，Cr₂C₃的质量分数为：10%~20%，CaF₂的质量分数为：2.5%~10%，MoS₂：2.5%~5%。

优选地，基体：选取粒度-200~+500目的H13钢粉末；润滑相：选取-200~+300目的CaF₂粉末、MoS₂粉末；硬质相：选取-200~+500目的Cr₂C₃粉末。