一种热作模具表面多元合金电子束合金化的方法技术

本发明专利技术公开了电子束合金涂料及其制备方法和模具表面的合金化工艺，该合金包括以下重量份的组分：SiO215‑35份，MoS28‑18份，Si3N412‑25份，In18‑30份，Mo10‑20份，Cu18‑30份，Ni18‑30份，B3‑12份，Be18‑30份，膨润土12‑30份，市售虫胶5‑10份，无水乙醇250‑450份，各种组分按重量比可以相互作用使涂料的重力、表面张力和剪切力得到了平衡，从而使涂料具有很好的流平性，本发明专利技术在制备涂料过程中根据各种组分性质的不同进行不同温度条件下的保温处理，使制备的涂料具有良好的抗流挂性能，在湿膜未干燥前出现向下流坠而形成上部变薄，下部变厚的情况，制备的涂料用于模具电子束合金化，长期使用不会出现裂纹、鼓泡现象，增加了热作模具的使用时间。

An electron beam alloying method for surface alloying of hot working dies

The invention discloses an electron beam alloy coating, its preparation method and the alloying process on the die surface. The alloy comprises the following weight components: SiO2 15 35, MoS28 18, Si3N 412 25, In18 30, Mo10 20, Cu18 30, Ni18 30, B3 12, Be18 30, bentonite 12 30, municipal. The shellac is sold in 5 10 phrases and the absolute ethanol is 250 450 phrases. Various components can interact with each other according to the weight ratio to balance the gravity, surface tension and shear force of the coating, so that the coating has a good leveling property. In the process of preparing the coating, the heat preservation under different temperature conditions is carried out according to the different properties of various components. After treatment, the prepared coating has good anti-sagging property, and the upper part becomes thinner and the lower part becomes thicker when the wet film falls downstream before drying. The prepared coating is used for electron beam alloying of the mould, and there will be no cracks and bubbles in the long-term use, thus increasing the service time of the hot working die.

【技术实现步骤摘要】
一种热作模具表面多元合金电子束合金化的方法
本专利技术属于材料表面处理和强化
，具体涉及电子束合金化涂料、制备方法及表面的合金化方法。
技术介绍
热作模具在工作时承受着很大的变应力和冲击力，工件成型温度往往在1000℃以上，模腔和高温金属接触，还要经受高温氧化、烧损以及在强烈水冷却条件下经受反复地加热和冷却变化引起的热冲击作用，其使用条件极其恶劣，并且需要承受高应力、热冲击、热磨损以及腐蚀等作用，所以模具寿命很低。为了满足热作模具的使用要求，热作模具钢应具备下列基本特性：(1)较高的高温强度和良好的韧性。热作模具，尤其是热锻模，工作时承受很大的冲击力，而且冲击频率很高，如果模具没有高的强度和良好的韧性，就容易开裂；(2)良好的耐磨性能，由于热作模具工作时除受到毛坯变形时产生摩擦磨损之外，还受到高温氧化腐蚀和氧化铁屑的研磨，所以需要热作模具钢有较高的硬度和抗黏附性；(3)高的热稳定性。热稳定性是指钢材在高温下可长时间保持其常温力学性能的能力。热作模具工作时，接触的是炽热的金属，甚至是液态金属，所以模具表面温度很高，一般为400～700℃。这就要求热作模具钢在高温下不发生热化，具有高的热稳定性，否则模具就会发生塑性变形，造成堆塌而失效；(4)优良的耐热疲劳性，热作模具的工作特点是反复受热受冷，模具一时受热膨胀，一时又冷却收缩，形成很大的热应力，而且这种热应力是方向相反，交替产生的。在反复热应力作用下，模具表面会形成网状裂纹(龟裂)，这种现象称为热疲劳，模具因热疲劳而过早地断裂，是热作模具失效的主要原因之一。所以热作模具钢必须要有良好的热疲劳性；(5)高淬透性。热作模具一般尺寸比较大，热锻模尤其是这样，为了使整个模具截面的力学性能均匀，这就要求热作模具钢有高的淬透性能；(6)良好的导热性。为了使模具不致积热过多，导致力学性能下降，要尽可能降低模面温度，减小模具内部的温差，这就要求热作模具钢要有良好的导热件能；(7)良好的成形加工工艺性能，以满足加工成形的需要。为了提高模具寿命和满足上述要求，目前采用的主要方法是表面强化。常规方法有淬火、渗碳、渗氮等，但这些方法的效果非常有限，因为热模具工作在高温环境，传统的淬火在高温环境下又进入了退火状态。另外，对于渗碳这种工艺来说，渗入过多的碳会使热作模具的韧性降低。使用电子束合金化的方法，可以在热作模具钢的表面与基体有很好的冶金结合的合金化层，且在合适的参数下获得耐磨、耐高温、耐冲击的热作模具合金化层，使热作模具的寿命大大提高。市面上的热作模具钢的型号和成分较多，但是用于模具电子束合金化的合金粉末却很少，例如，南宫市锐腾合金材料有限公司和清河县亿森焊接材料有限公司在生产的合金粉末更适用于气雾喷涂，其原因是电子束合金化的特殊性，尤其是需要考虑其抗高温磨损、与基体的合理过渡即适合于电子束合金化特殊要求等，常规的合金成分配比用在电子束合金化中或者有气孔、夹杂、裂纹等缺陷，或者使用性能不能满足要求。为解决上述问题，制备一种可适用于电子束合金化的合金涂料，研发人员做了许多尝试。例如，中国专利申请201710154506.1中公开了合金涂料及其制备方法和模具表面的合金化工艺，该申请公开的合金涂料包括以下重量份的原料：SiO220-30份，Al2O320-25份，Nb20-25份，Mo20-25份，Hf20-25份，Al20-25份，Si20-25份，Be20-25份，膨润土15-25份，虫胶6-10份，无水乙醇300-400份。其制备的合金涂料可以明显改进合金成分出现气孔，夹杂，裂纹等缺陷的产生，但是对合金涂料的耐热疲劳性和抗流挂性能并没有任何描述。又例如，中国专利申请201710120483.2中也公开了一种合金化涂料、制备方法与模具电子束合成方法，该申请公开的合金涂料包括以下重量份的原料：SiO220-30份，SiC20-25份，Nb20-25份，W20-25份，Hf20-25份，Al20-25份，Si20-25份，Be20-25份，膨润土15-25份，虫胶6-10份，无水乙醇300-400份。该申请制备的合金涂料可以用于电子束合金化，并且可以明显改进粘钢问题的产生，但是该合金涂料对涂料的流平性并没有涉及。再例如，《特殊钢(SPECIALSTEEL)》第26卷第1期″H13热作模具钢的表面热处理″第36页提到了高能束表面合金化，采用电子束辐照处理技术，在真空条件下对模具表面进行15次的轰击处理。铝在微秒级脉宽电子束作用下瞬间加热到高温，熔入基体表面，实现表面的铝合金化，同时脉冲电子束在基体表面还会产生冲击波及冲击振动效应，使表面形成压应力。这样复合处理后，在模具表面产生约10μm左右的致密氧化膜，可以有效改善模具表面的抗氧化性能、热疲劳抗力和耐热性，但是对涂料的组成并没有用涉及，故无法得知何种合金以何种配比组合可以增强涂料的性能。所以制备一种既能很好的改善合金成分出现气孔，夹杂，裂纹等缺陷，又能使制备的合金具有良好耐热疲劳性、抗流挂性能和流平性的合金涂料十分必要。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种电子束合金涂料，以解决现有电子束合金涂料的不足，本专利技术的目的是制备一种电子束合金涂料，使该涂料与热作模具钢之间有很好的结合力，长时间使用不脱落，并且使制备的涂层具有很高的耐候性、耐盐雾腐蚀性能和抗划伤力，并提供了其制备方法，同时提供了利用该电子束合金涂料进行模具表面的电子束合金化的方法，以解决现有技术进行表面处理的热作模具使用寿命短的问题。为了实现上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种电子束合金涂料，包括以下重量份的原料：SiO215-35份，MoS28-18份，Si3N412-25份，In18-30份，Mo10-20份，Cu18-30份，Ni18-30份，B3-12份，Be18-30份，膨润土12-30份，市售虫胶5-10份，无水乙醇250-450份。优选地，上述电子束合金涂料，包括以下重量份的原料：SiO218-32份，MoS210-15份，Si3N415-20份，In20-30份，Mo12-18份，Cu20-30份，Ni20-30份，B5-10份，Be20-30份，膨润土15-28份，市售虫胶6-8份，无水乙醇280-420份。再优选地，上述电子束合金涂料，包括以下重量份的原料：SiO220-30份，MoS212-14份，Si3N416-19份，In22-24份，Mo12-15份，Cu22-24份，Ni22-24份，B6-9份，Be22-24份，膨润土17-22份，市售虫胶7-9份，无水乙醇320-380份。进一步优选地，上述电子束合金涂料，包括以下重量份的原料：SiO222-28份，MoS213-14份，Si3N417-18份，In23-24份，Mo14-15份，Cu23-24份，Ni22-23份，B7-8份，Be22-23份，膨润土18-20份，市售虫胶8-9份，无水乙醇350-360份。本专利技术中使用SiO2作为分散剂，在粉末涂料体系中由于SiO2粒径较小因此具有高表面能，他们可以吸附在涂料粉体的表面，并在粉体表面形成一个表层，可以有效提高粉料的分散性，明显缩短了分散时间，提高了生产效率。Si3N4是一种高温陶瓷材料，硬度大、熔点高、化学本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子束合金涂料，其特征在于：包括以下重量份的原料：SiO2 15‑35份，MoS2 8‑18份，Si3N4 12‑25份，In 18‑30份，Mo 10‑20份，Cu 18‑30份，Ni 18‑30份，B 3‑12份，Be 18‑30份，膨润土12‑30份，市售虫胶5‑10份，无水乙醇250‑450份。

【技术特征摘要】
1.一种电子束合金涂料，其特征在于：包括以下重量份的原料：SiO215-35份，MoS28-18份，Si3N412-25份，In18-30份，Mo10-20份，Cu18-30份，Ni18-30份，B3-12份，Be18-30份，膨润土12-30份，市售虫胶5-10份，无水乙醇250-450份。2.根据权利要求1所述的电子束合金涂料，其特征在于：包括以下重量份的原料：SiO218-32份，MoS210-15份，Si3N415-20份，In20-30份，Mo12-15份，Cu20-30份，Ni20-30份，B5-10份，Be20-30份，膨润土15-28份，市售虫胶6-8份，无水乙醇280-420份。3.根据权利要求1或2所述的电子束合金涂料，其特征在于：所述的SiO2、MoS2、Si3N4、In、Mo、Cu、Ni、Si、Be和膨润土均为粉状，且粒度为1-4微米。4.根据权利要求1或2所述的电子束合金涂料，其特征在于：所述的MoS2和Si3N4的质量比例为1∶1.5-2。5.根据权利要求1或2所述的电子束合金涂料，其特征在于：所述的Si3N4、In、Mo、Cu、Ni、Be和B的质量比为＝12-25∶10-30∶10-20∶10-30∶10-30∶10-30∶3-12。6.根据权利要求1或2所述的电子束合金涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)首先将SiO2、MoS2、Si3N4、In、Mo、Cu、Ni、Si、Be和膨润土分别进行破碎、粉碎处理，分别得到粒径为1-4微米的粉末，然后将SiO2、MoS2和膨润土粉末混合均匀得到混合物A，将Si3N4、In、Mo、Cu、Ni、Si和Be粉末混合均匀的混合物B，备用；(2)将少量无水乙醇将虫胶溶解，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂坚，黄灿，周志明，黄福祥，
申请(专利权)人：江苏久祥汽车电器集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32