[发明专利]一种热作模具纳米薄膜制备工艺

说明书

本发明公开了一种热作模具纳米薄膜制备工艺，其特征在于，其包括如下步骤：（1）将模具表面采用丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗，完毕后采用大量去离子水冲洗干净；（2）模具经清洗后，用碱溶液处理使模具表面获得若干羟基；（3）将处理后的模具置入硅烷溶液中浸泡一定时间后取出，取出后用去离子水反复冲洗并用氮气吹干，放置到100℃环境中保温加热一定时间，得到硅烷处理的模具；（4）将硅烷处理的模具浸入石墨烯悬浮液中保持一定温度，加热时间为2～24h，取出后用去离子水洗净，而后用氮气吹干，在模具表面形成石墨烯薄膜。本发明的基于纳米薄膜制备技术的石墨烯热作模具有使用寿命长，耐磨耐疲劳性能高，生产成本低等特点。

技术领域

本发明涉及模具表面处理技术领域，具体为一种热作模具纳米薄膜制备工艺。

背景技术

当前，模具主要包括：冷作模、塑料模具和热作模等。相比来说，热作模工作条件更加恶劣，因为它们需要与液态的金属或加热的坯料进行直接接触，且不断地被加热和冷却，同时还承受着冲击载荷的作用，因此，热作模对于热作模具钢的性能要求更高。但热作模具钢在反复的冷热疲劳与高温磨损中，会因为热作模具钢的部分区域强度不足而导致热作模具钢坍塌的情况出现，这也是多年难以解决的技术问题。研究出一种新型的热作模具钢材料是一种出路。模具性能随着表面处理的技术改变而改变，可通过表面处理来增加模具钢的表面性能来提高模具的寿命，是提高模具钢使用性能的有效途径。

热作模具是对金属产生挤压变形和传递挤压力的关键部件，由于其复杂结构，高尺寸精度及工作服役时高温、高压的复杂磨损状态，导致模具极易磨损、且损耗量极大。热作模具的主要失效形式包括：应力疲劳裂纹、热疲劳裂纹、磨损和塑性变形等。

为了提高模具的使用寿命，常采用的传统渗氮技术强化模具表面。渗氮强化工艺通常在470-550℃的高温、密闭下进行。渗氮技术的优点有：一是设备简单；二是在模具表面能够形成较厚的渗氮扩散层。但是，随着科学技术的进步和人们环保意识的提高，渗氮技术暴露出越来越多的缺点：首先，渗氮处理需要将模具加温至470-550℃，然而，在550℃以上促使模具钢相变，会发生淬火现象，改变钢体机械性质，从而降低了模具的使用寿命；其次，渗氮技术对操作工人的技术水平有限制；第三，渗氮工艺处理周期长，通常需要18～22小时；第四，渗氮技术只能满足承受轻、中等载荷的耐磨、耐疲劳要求；第五，渗氮处理对环境污染严重，并且工作环境差，对工作人员的身体健康伤害大。因此，模具行业迫切需要采用新技术来取代渗氮技术，延长模具的使用寿命，保护工作人员的身体健康，并且满足环保要求。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供一种热作模具纳米薄膜制备工艺。其采用纳米薄膜制备技术，在热作模具表面制备石墨烯纳米薄膜，相对于现行的渗氮强化技术，石墨烯热作模纳米薄膜制备技术具有工艺温度低，处理时间短，使用效果是传统渗氮技术的3～5倍，对待处理的基材无限制。而且，纳米涂层技术是一种绿色环保技术，符合当今社会的环保要求。

本发明的技术方案是提供一种热作模具纳米薄膜制备工艺，其特征在于，其包括如下步骤：

（1）将模具表面采用丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗，完毕后采用大量去离子水冲洗干净；

（2）模具经清洗后，用碱溶液处理使模具表面获得若干羟基；

（3）将处理后的模具置入硅烷溶液中浸泡一定时间后取出，取出后用去离子水反复冲洗并用氮气吹干，放置到100℃环境中保温加热一定时间，得到硅烷处理的模具；

（4）将硅烷处理的模具浸入石墨烯悬浮液中保持一定温度，加热时间为2～24h，取出后用去离子水洗净，而后用氮气吹干，在模具表面形成石墨烯薄膜。

进一步的，所述步骤（2）中，所述碱溶液优选为KOH水溶液；