一种低膨胀系数复合金属基陶瓷模具材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种低膨胀系数复合金属基陶瓷模具材料的制备方法，属于模具材料技术领域。本发明专利技术将纳米氧化铝、纳米铁粉等金属粉末混合得混合金属粉末，将混合金属粉末加入无水乙醇中，超声分散后加入表面活性剂改性得改性复合金属粉末，将其加入到二氧化硅水溶胶中，超声分散后加入硅烷偶联剂，随后离心分离，得沉淀物，最后将沉淀物和二氧化锆、碳化硅等物质混合，球磨后升高温度和增加压力进行烧结，得复合金属基陶瓷模具材料，本发明专利技术将复合金属粉末表面包覆一层硅溶胶，用硅烷偶联剂改性，改性后金属相和陶瓷相更好的结合，热膨胀系数低，不易产生裂纹而影响模具的使用寿命，并且本发明专利技术制备的模具材料具有良好的高温稳定性后耐摩擦性。

【技术实现步骤摘要】
一种低膨胀系数复合金属基陶瓷模具材料的制备方法
本专利技术涉及一种低膨胀系数复合金属基陶瓷模具材料的制备方法，属于模具材料

技术介绍
模具是在我国的经济发展中发挥着越来越重要的作用，已经广泛应用于各行各业中。模具成型具有效率高、质量好、节约原材料、降低成本等许多优点。据统计，飞机、坦克、汽车、拖拉机、电机电器、仪器仪表等产品的60%以上的零件，自行车、洗衣机、电冰箱、电风扇、空调、照相机等产品的85%以上的零件，都要用模具生产。没有模具就没有现代化的工业发展，世界各国都非常重视模具工业。影响模具使用寿命的因素有设计结构、成形及制造工艺、模具材料的选用、热处理工艺及表面强化、润滑及使用维护等。在模具失效的诸多因素中，由于模具用材不当而引起的失效，约占50%。由此可见，正确的用材对模具寿命起到至关重要的作用。传统的模具材料多为纯金属合金材料，但近年来，随着加工业的不断发展壮大，对模具的质量也提出了越来越高的要求。为了追求企业利润最大化，很多企业正在研究更优质的，以尽可能的分摊成本投入。但传统的合金模具在高温工作环境下普遍寿命不高，经高温及长期磨损下易开裂损坏，造成产品的损坏率较高，造成很大的损失。金属陶瓷模具材料中的金属相和陶瓷相的两者的热膨胀系数相差较大，很容易产生裂纹而开裂，影响产品质量和模具使用寿命，此外，所使用的金属相在模具成型过程中也很容易氧化，在挤压过程中也容易粘料，影响产品的质量和良品率。因而，有必要对金属陶瓷模具材料的性能进行提升，提高模具的使用寿命，减少模具开裂，增加韧性和材料的高温稳定性，以扩大金属陶瓷模具的应用。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是：针对传统金属陶瓷模具材料中的金属相和陶瓷相的两者的热膨胀系数相差较大，易产生裂纹而开裂，影响产品质量和模具使用寿命，且高温稳定性差，耐磨性较差的问题，提供了一种利用表面改性后的复合金属粉末制备低膨胀系数复合金属基陶瓷模具材料的方法，本专利技术先将纳米氧化铝、纳米铁粉等金属粉末混合得混合金属粉末，将混合金属粉末加入到无水乙醇中，超声分散后加入表面活性剂进行改性得改性复合金属粉末，将其加入到二氧化硅水溶胶中，超声分散后加入硅烷偶联剂，随后离心分离，得沉淀物，最后将沉淀物和二氧化锆、碳化硅等物质混合，球磨后升高温度和增加压力进行烧结，得复合金属基陶瓷模具材料，本专利技术将复合金属粉末表面包覆一层硅溶胶，并用硅烷偶联剂进一步改性，改性后的金属相可以和陶瓷相更好的结合，热膨胀系数低，不易产生裂纹而影响模具的使用寿命，并且本专利技术制备的模具材料具有良好的高温稳定性后耐摩擦性。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：（1）分别称取30～50g纳米氧化铝、5～7g纳米铁粉、3～5g纳米铜粉、5～7g纳米镍粉、3～5g纳米铬粉，搅拌混合均匀后得混合金属粉末；（2）将上述混合金属粉末按质量比1:15加入到无水乙醇中，使用超声分散仪超声分散15～20min得分散液，向分散液中滴加30～50mL质量分数5%十二烷基苯磺酸钠溶液，控制在20～30min滴完，滴完后继续超声分散20～30min得复合金属悬浊液，将复合金属悬浊液加入真空干燥箱中，在100～105℃温度下干燥18～20h，得改性复合金属粉末，备用；（3）称取4～8g液体水玻璃加入到800～1000mL去离子水中，混合后用质量分数16%氯化铵溶液调节pH值为10.0～10.5，调节后搅拌1～3h，搅拌后得二氧化硅水溶胶；（4）将步骤（2）备用的改性复合金属粉末按质量比1:40加入到上述二氧化硅水溶胶中，超声分散5～10min后加入改性复合金属粉末质量0.1～0.3%γ-（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲氧基硅烷，继续超声分散15～20min，分散后加入离心分离机中，以15000～20000r/min转速离心分离15～20min，得沉淀物；（5）按重量份数计，分别选取60～65份上述沉淀物、10～15份二氧化锆、20～30份碳化硅、10～15份氮化硼、5～10份硅化钨和1～3份碳纤维，加入球磨机中球磨2～4h，将球磨后的混合物加入真空干燥箱，在100～120℃温度下干燥3～5h，得干燥物后加入石墨模具中，通入氮气作为保护气体，并以15～20℃/min升温速率升温至1600～1900℃，升温后升压至8～10MPa，保温保压烧结30～40min，随后增大压力至20～25MPa，继续保温保压烧结40～50min，烧结结束后冷却至室温，脱模，即可得到低膨胀系数复合金属基陶瓷模具材料。本专利技术制备的复合金属基陶瓷模具材料力学性能为抗弯强度为1065～1135MPa、断裂韧性为10.5～12.3MPa·m1/2、耐高温达900～1050℃，维氏硬度为16.14～17.65，在法向载荷为140N时，摩擦系数为0.4～0.6，磨损率为1.98×10-7～2.56×10-7mm3/N·m，使用时热膨胀系数为4.5×10-7～5.2×10-7/℃，较同类陶瓷模具材料降低10～15%，且制备过程简单，绿色环保，对环境无污染。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术制备的复合金属陶瓷模具材料具有高温性能好、高强度、高耐磨性和高韧性的特点，且制造成本低，用于有色金属的热挤压模具时，大幅提高了模具的使用寿命，降低生产成本；（2）本专利技术制备的复合金属陶瓷模具材料热膨胀系数显著降低，相同温度下，较同类陶瓷模具材料降低10～15%，且制备过程简单，绿色环保，对环境无污染。具体实施方式分别称取30～50g纳米氧化铝、5～7g纳米铁粉、3～5g纳米铜粉、5～7g纳米镍粉、3～5g纳米铬粉，搅拌混合均匀后得混合金属粉末；将上述混合金属粉末按质量比1:15加入到无水乙醇中，使用超声分散仪超声分散15～20min得分散液，向分散液中滴加30～50mL质量分数5%十二烷基苯磺酸钠溶液，控制在20～30min滴完，滴完后继续超声分散20～30min得复合金属悬浊液，将复合金属悬浊液加入真空干燥箱中，在100～105℃温度下干燥18～20h，得改性复合金属粉末，称取4～8g液体水玻璃加入到800～1000mL去离子水中，混合后用质量分数16%氯化铵溶液调节pH值为10.0～10.5，调节后搅拌1～3h，搅拌后得二氧化硅水溶胶；将改性复合金属粉末按质量比1:40加入到上述二氧化硅水溶胶中，超声分散5～10min后加入改性复合金属粉末质量0.1～0.3%γ-（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲氧基硅烷，继续超声分散15～20min，分散后加入离心分离机中，以15000～20000r/min转速离心分离15～20min，得沉淀物；按重量份数计，分别选取60～65份上述沉淀物、10～15份二氧化锆、20～30份碳化硅、10～15份氮化硼、5～10份硅化钨和1～3份碳纤维，加入球磨机中球磨2～4h，将球磨后的混合物加入真空干燥箱，在100～120℃温度下干燥3～5h，得干燥物后加入石墨模具中，通入氮气作为保护气体，并以15～20℃/min升温速率升温至1600～1900℃，升温后升压至8～10MPa，保温保压烧结30～40min，随后增大压力至20～25MPa，继续保温保压烧结40～50min，烧结结束后冷却至室温，脱模，即可得到低膨胀系数复合金属基陶瓷模具材料。实例1分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低膨胀系数复合金属基陶瓷模具材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）分别称取30～50g纳米氧化铝、5～7g纳米铁粉、3～5g纳米铜粉、5～7g纳米镍粉、3～5g纳米铬粉，搅拌混合均匀后得混合金属粉末；（2）将上述混合金属粉末按质量比1:15加入到无水乙醇中，使用超声分散仪超声分散15～20min得分散液，向分散液中滴加30～50mL质量分数5%十二烷基苯磺酸钠溶液，控制在20～30min滴完，滴完后继续超声分散20～30min得复合金属悬浊液，将复合金属悬浊液加入真空干燥箱中，在100～105℃温度下干燥18～20h，得改性复合金属粉末，备用；（3）称取4～8g液体水玻璃加入到800～1000mL去离子水中，混合后用质量分数16%氯化铵溶液调节pH值为10.0～10.5，调节后搅拌1～3h，搅拌后得二氧化硅水溶胶；（4）将步骤（2）备用的改性复合金属粉末按质量比1:40加入到上述二氧化硅水溶胶中，超声分散5～10min后加入改性复合金属粉末质量0.1～0.3%γ‑（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲氧基硅烷，继续超声分散15～20min，分散后加入离心分离机中，以15000～20000r/min转速离心分离15～20min，得沉淀物；（5）按重量份数计，分别选取60～65份上述沉淀物、10～15份二氧化锆、20～30份碳化硅、10～15份氮化硼、5～10份硅化钨和1～3份碳纤维，加入球磨机中球磨2～4h，将球磨后的混合物加入真空干燥箱，在100～120℃温度下干燥3～5h，得干燥物后加入石墨模具中，通入氮气作为保护气体，并以15～20℃/min升温速率升温至1600～1900℃，升温后升压至8～10MPa，保温保压烧结30～40min，随后增大压力至20～25MPa，继续保温保压烧结40～50min，烧结结束后冷却至室温，脱模，即可得到低膨胀系数复合金属基陶瓷模具材料。...

【技术特征摘要】
1.一种低膨胀系数复合金属基陶瓷模具材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）分别称取30～50g纳米氧化铝、5～7g纳米铁粉、3～5g纳米铜粉、5～7g纳米镍粉、3～5g纳米铬粉，搅拌混合均匀后得混合金属粉末；（2）将上述混合金属粉末按质量比1:15加入到无水乙醇中，使用超声分散仪超声分散15～20min得分散液，向分散液中滴加30～50mL质量分数5%十二烷基苯磺酸钠溶液，控制在20～30min滴完，滴完后继续超声分散20～30min得复合金属悬浊液，将复合金属悬浊液加入真空干燥箱中，在100～105℃温度下干燥18～20h，得改性复合金属粉末，备用；（3）称取4～8g液体水玻璃加入到800～1000mL去离子水中，混合后用质量分数16%氯化铵溶液调节pH值为10.0～10.5，调节后搅拌1～3h，搅拌后得二氧化硅水溶胶；（4）将步骤（2）备用的改性复合金属粉末按质量比1:40加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅庆波，王志成，赵玉林，
申请(专利权)人：梅庆波，
类型：发明
国别省市：江苏,32