[发明专利]一种基于梯度设计的玻璃模具表面涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及材料涂层领域，具体涉及一种基于梯度设计的玻璃模具表面涂层及其制备方法，首先对玻璃模具母材的表面进行抛光、清洗，并对其表面进行预热；然后将以NiCrBSi合金为主要成分，ZrSisubgt;2/subgt;和SiBsubgt;6/subgt;为抗氧化组元，三者的混合物为喷涂原料进行球磨混合后，再分别进行喷雾造粒，最终将四种不同比例的NiCrBSi、ZrSisubgt;2/subgt;、SiBsubgt;6/subgt;的混合物按照ZrSisubgt;2/subgt;(SiBsubgt;6/subgt;)含量递增的顺序，在电子束的作用下分别在母材表面进行电子束喷涂，所得梯度涂层与母材界面结合良好，其表面硬度、耐磨性和抗氧化性均显著提高。

技术领域

本发明涉及材料涂层领域，具体涉及一种基于梯度设计的玻璃模具表面涂层及其制备方法。

背景技术

玻璃模具是玻璃制品的重要成形工具，随着玻璃制品成形速度的不断提高，对玻璃模具的耐高温、抗氧化、抗热疲劳等性能提出了更为严苛的要求。目前，国内多采用球墨铸铁和蠕墨铸铁作为模具材料，使用寿命约为25～30万次，与国外同类产品50～60万次的使用寿命相比，有较大的提升空间。

虽然铸铁中的石墨成分可以发挥自润滑作用，但频繁的开合动作依然使铸铁模具开合面的磨损比较严重，并且由于服役条件为高温有氧环境，开合面经常因过热或氧化而发生失效，导致模具因变形或者玻璃制品的合缝线粗大而报废。因此，如何提高开合面的硬度、耐磨性和抗氧化性是解决问题的关键。

发明内容

本发明提供了一种在玻璃模具表面设计并制备梯度合金涂层的方法，用于解决现有技术中玻璃模具开合面硬度不足、磨损大和抗氧化性不足的问题。

为实现上述目标，本发明采取下述技术方案：

本发明提出一种基于梯度结构的玻璃模具表面涂层及其制备方法，通过在Ni基合金中同步引入ZrSi₂和SiB₆组元构建梯度涂层，进而实现提高玻璃模具开合面的表面硬度、耐磨性和抗氧化性的目的。一种基于梯度设计的耐磨涂层制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)对玻璃模具母材进行表面预处理，依次进行抛光、清洗，并对其表面进行预热。

(2)以NiCrBSi合金为主要成分，ZrSi₂和SiB₆为抗氧化组元，三者的混合物为喷涂原料。按照ZrSi₂(SiB₆)质量依次比为0(0)、0-10％(0-5％)、10-20％(5-10％)和20-30％(10-20％)(余量为NiCrBSi合金)分别进行球磨混合，再分别进行喷雾造粒。得到四种喷涂粉末，分别为：NiCrBSi粉末；

NiCrBSi-(0-10％)ZrSi₂-(0-5％)SiB₆粉末；

NiCrBSi-(10-20％)ZrSi₂-(5-10％)SiB₆粉末；

NiCrBSi-(20-30％)ZrSi₂-(10-20％)SiB₆粉末。

(3)以电子束为热源，在惰性气体保护条件下，采用同步送粉模式，在母材表面进行电子束喷涂，获得具有梯度结构的NiCrBSi-ZrSi₂-SiB₆复合涂层。

优选的，步骤(1)所述的玻璃模具为铁素体球墨铸铁和高耐热蠕墨铸铁，所述的预处理包括对母材表面进行抛光、清洗，并利用激光束进行表面预热。所述的混合粉末的主要成分为NiCrBSi合金和SiB₆，其中NiCrBSi合金主要成分为Cr(0.3％)、B(1.6％)、Si(2.5％)、Ni(余量)，粒度为微米级。ZrSi₂和SiB₆粒度为纳米级。