一种Co基-WC/TiN/TiCN复合涂层以及冷冲模具的修复方法技术

本发明专利技术公开一种Co基‑WC/TiN/TiCN复合涂层，包括金属基底，依次沉积于金属基底的Co基‑WC涂层、TiN渐变涂层以及TiCN渐变涂层；所述Co基‑WC复合涂层通过超音速火焰喷涂Co基合金粉末以及WC粉末制备，所述TiN渐变涂层以及TiCN渐变涂层通过离子辅助非平衡磁控溅射技术制备。并公开了上述复合涂层应用于冲压模具的修复以及具体的修复方法，提高冲压模具修复层结合力、硬度、耐磨性以及抗冲击性能的整体综合性能；大大提高了冲压模具的使用寿命，有效的降低生产成本。

A repair method of Co based WC / TiN / TiCN composite coating and cold stamping die

【技术实现步骤摘要】
一种Co基-WC/TiN/TiCN复合涂层以及冷冲模具的修复方法
本专利技术涉及一种复合涂层及其制备方法，尤其是一种Co基-WC/TiN/TiCN复合涂层以及冷冲模具的修复方法。
技术介绍
冷冲压模具要承受冲击、振动、摩擦、高压、拉伸、弯扭等负荷，甚至在较高的温度下工作(如冷挤压)，工作条件复杂，易发生磨损、疲劳、断裂、变形等现象。冷冲模具的主要失效原因之一是磨损失效，导致冲压产品不合格，严重会导致模具报废，提高生产成本、造成经济损失。如何对失效的冲压模具进行修复，实现失效模具的再制造是现有技术研究的方向。比较常见的有镶块粘接法、堆焊以及热喷涂、激光熔覆等。中国专利CN103911612A公开了一种以钴基加碳化钨为熔覆合金的Cr12MoV冷冲压模具激光修复工艺，包括以下步骤：1)清理冷冲压模具表面缺陷，去除表面磨痕、油污以及微裂纹；2)采用Fe316合金粉末作为打底层，激光打底熔覆；3)采用Co06+WC合金粉末作为盖面层，待模具冷却到300-600℃后，激光熔覆盖面层；4)对熔覆层表面进行机械加工。中国专利CN106825264A公开了一种用于热冲压模具的镶块制造方法，包括如下步骤：1)将普通锻钢或普通锻模用钢作为基体材料进行粗加工和调质处理，得到镶块的基本形状并留有一定的余量；2)将镶块的工作表面沿深度方向切削5～10mm；3)将耐高温耐磨损焊芯采用堆焊的方式焊接在镶块的工作表面上以形成增材制造层，所述增材制造层的厚度为1～12mm；4)对镶块进行精加工得到满足使用尺寸精度要求的镶块；5)对镶块进行整体淬火，从而得到最终的用于热冲压模具的镶块。中国专利CN102234754A公开了一种针对大尺寸的汽车覆盖件冷冲压模具的修复方法，该方法基于反应喷涂原理，通过氧—乙炔火焰喷涂、等离子喷涂或超音速火焰热喷涂方法，在待修复模具的型面上制备出Mo2FeB2/α-Fe复合涂层，该涂层经过高频感应加热，其熔化的金属原子和模具基体表面的金属原子生成一个冶金结合区，形成冶金结合界面，有利于增强涂层与与模具的结合强度，有利于提高涂层表面硬度，达到延长模具工作周期，提高模具使用寿命目的。中国专利CN104264094A一种冲压机冲压模具的再制造工艺，包括以下工艺步骤：(1)前期处理：a)脱脂、除油；b)除锈：除去冲压机冲压模具上的锈；c)磷化；d)喷砂；(2)喷涂：采用等离子喷涂喷涂设备喷涂Ni60B-CBN材料形成涂层；(3)后期处理：砂纸抛光处理。尽管现有技术中对失效的冲压模具进行修复，也取得了不错的修复效果。但是，如何进一步提高修复层的结合强度、耐磨性、硬度以及抗冲击性能仍然是需要作出大量研究的。然而，涂层的性能与粉末的组成、制备方法以及工艺参数有很大关系，如何从大量的影响因素中筛选出粉末组成以及选择合适的制备方法并且设置工艺参数更是需要付出创造性劳动。
技术实现思路
本专利技术目的之一是提供一种Co基-WC/TiN/TiCN复合涂层，以提高冲压模具修复层结合力、硬度、耐磨性以及抗冲击性能的整体综合性能。采用如下技术方案：一种Co基-WC/TiN/TiCN复合涂层，其特征在于，包括金属基底，依次沉积于金属基底的Co基-WC涂层、TiN渐变涂层以及TiCN渐变涂层；所述Co基-WC复合涂层通过超音速火焰喷涂Co基合金粉末以及WC-Co粉末制备，所述TiN渐变涂层以及TiCN渐变涂层通过离子源辅助非平衡磁控溅射技术制备；其中TiN梯度涂层中Ti的含量朝着远离基底的方向逐渐增加，其中TiCN梯度涂层中Ti的含量朝着远离基底的方向逐渐减少。进一步地，所述金属基底为Cr12Mo1V1钢、45钢、W18Cr4V钢或W6Mo5Cr4V2钢。进一步地，所述Co基合金粉末的组成按重量百分比为C：0.5、Ni：2.4、Cr：27、Fe：1.7、Mn：0.4、Mo：1.2、Y：0.04、Co余量或者C：1.2、Ni：2.7、Cr：33、Fe：3.1、Mn：0.5、Mo：0.7、Y：0.07、Co余量。进一步地，所述WC-Co粉末为WC-12wt.％Co或WC-17wt.％Co粉末。进一步地，所述Co基-WC涂层厚度为150-250μm；所述TiN渐变涂层的厚度为20-30μm；所述TiCN渐变涂层的厚度为20-30μm。本专利技术目的之二是提供一种冷冲模具的修复方法，其特征在于使用所述Co基-WC/TiN/TiCN复合涂层，包括以下步骤：(1)将Co基合金粉末与WC-Co粉末按照重量百分比3:1-9:1混合，置于行星式球磨机中在氩气保护气氛下球磨1.5-2h，对球磨后的粉末进行干燥、筛分获得粒径直径为30-60μm的复合粉末，将上述粉末密封保存。(2)对待修复冲压模具的磨损部位进行打磨，依次在无水乙醇、丙酮以及去离子水中超声清洗，干燥；对模具进行喷砂处理获得表面粗糙度Ra为1-5μm。(3)将冷冲模具放置于超音速火焰喷涂设备中的样品架上，利用氧气-丙烷火焰对冷冲模具进行预热处理，预热温度控制在200-250℃；接下来调节喷涂工艺参数：丙烷流量：25-35sccm、氧气流量：150-200sccm、送粉氩气流量：20-30sccm、送粉速率20-30g/min、喷涂距离150-200mm、喷涂角度：70-80°，获得厚度为150-250μm厚的Co基-WC涂层。(4)对步骤(3)得到的Co基-WC涂层进行打磨，依次采用800#、1000#、1200#金相砂纸打磨，清洗、干燥。(5)将经步骤(3)打磨后的冷冲模具置于离子源辅助非平衡磁控溅射设备的旋转样品架上，采用相对设置的两个钛靶，对真空腔抽真空至1-4×10-3Pa，通过样品架中的加热元件对冷冲模具预热至150-200℃，设置溅射工艺参数：样品架旋转速度为10-20r/min、Ar流量150-180sccm、N2流量为40-60sccm、工作压强为0.2-0.5Pa、基体负偏压为180-220V、离子源电流为2-5A、钛靶电流为30-50A、溅射时间为300-600s。溅射过程开始后，其他参数保持不变、通过控制程序使得钛靶电流线性增加至溅射完成，在Co基-WC涂层表面沉积TiN渐变涂层，所述TiN渐变涂层的厚度为20-30μm；通入40-60sccm甲烷，其他参数保持不变、通过控制程序使得钛靶电流线性减小至溅射完成，在Co基-WC涂层表面沉积TiCN渐变涂层，所述TiCN渐变涂层的厚度为20-30μm；最终获得Co基-WC/TiN/TiCN复合涂层。(6)对步骤(5)的冷冲模具进行打磨和抛光处理，处理后的修复区域的尺寸与原尺寸相同。进一步地，所述冷冲模具的材质为Cr12Mo1V1钢、45钢、W18Cr4V钢或W6Mo5Cr4V2钢。进一步地，所述步骤(2)喷砂处理的工艺条件为：喷砂磨料：30-50目棕刚玉，喷砂距离：80-100mm，喷砂角度：70-110°，压缩空气压力：0.2-0.6MPa。进一步地，步骤(5)还包括在预热后对Co基-WC涂层进行离子轰击处理；溅射参数为：样品架旋转速度为10-2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Co基-WC/TiN/TiCN复合涂层，以提高冲压模具修复层结合力、硬度、耐磨性以及抗冲击性能的整体综合性能。采用如下技术方案：一种Co基-WC/TiN/TiCN复合涂层，其特征在于，包括金属基底，依次沉积于金属基底的Co基-WC涂层、TiN渐变涂层以及TiCN渐变涂层；所述Co基-WC复合涂层通过超音速火焰喷涂Co基合金粉末以及WC-Co粉末制备，所述TiN渐变涂层以及TiCN渐变涂层通过离子源辅助非平衡磁控溅射技术制备；其中TiN梯度涂层中Ti的含量朝着远离基底的方向逐渐增加，其中TiCN梯度涂层中Ti的含量朝着远离基底的方向逐渐减少；所述金属基底为Cr12Mo1V1钢、45钢、W18Cr4V钢或W6Mo5Cr4V2钢。/n

【技术特征摘要】
1.一种Co基-WC/TiN/TiCN复合涂层，以提高冲压模具修复层结合力、硬度、耐磨性以及抗冲击性能的整体综合性能。采用如下技术方案：一种Co基-WC/TiN/TiCN复合涂层，其特征在于，包括金属基底，依次沉积于金属基底的Co基-WC涂层、TiN渐变涂层以及TiCN渐变涂层；所述Co基-WC复合涂层通过超音速火焰喷涂Co基合金粉末以及WC-Co粉末制备，所述TiN渐变涂层以及TiCN渐变涂层通过离子源辅助非平衡磁控溅射技术制备；其中TiN梯度涂层中Ti的含量朝着远离基底的方向逐渐增加，其中TiCN梯度涂层中Ti的含量朝着远离基底的方向逐渐减少；所述金属基底为Cr12Mo1V1钢、45钢、W18Cr4V钢或W6Mo5Cr4V2钢。


2.根据权利要求1所述一种Co基-WC/TiN/TiCN复合涂层，其特征在于，所述Co基合金粉末的组成按重量百分比为C：0.5、Ni：2.4、Cr：27、Fe：1.7、Mn：0.4、Mo：1.2、Y：0.04、Co余量或者C：1.2、Ni：2.7、Cr：33、Fe：3.1、Mn：0.5、Mo：0.7、Y：0.07、Co余量。


3.根据权利要求1-2任一项所述一种Co基-WC/TiN/TiCN复合涂层，其特征在于，所述WC-Co粉末为WC-12wt.%Co或WC-1712wt.%Co粉末。


4.根据权利要求1-3任一项所述一种Co基-WC/TiN/TiCN复合涂层，其特征在于，所述Co基-WC涂层厚度为150-250μm；所述TiN渐变涂层的厚度为20-30μm；所述TiCN渐变涂层的厚度为20-30μm。


5.一种冷冲模具的修复方法，其特征在于使用权利要求1-4任一项所述Co基-WC/TiN/TiCN复合涂层，包括以下步骤：
（1）将Co基合金粉末与WC-Co粉末按照重量百分比3:1-9:1混合，置于行星式球磨机中在氩气保护气氛下球磨1.5-2h，对球磨后的粉末进行干燥、筛分获得粒径直径为30-60μm的复合粉末，将上述粉末密封保存；
（2）对待修复冲压模具的磨损部位进行打磨，依次在无水乙醇、丙酮以及去离子水中超声清洗，干燥；对模具进行喷砂处理获得表面粗糙度Ra为1-5μm；
（3）将冷冲模具放置于超音速火焰喷涂设备中的样品架上，利用氧气-丙烷火焰对冷冲模具进行预热处理，预热温度控制在200-250℃；接下来调节喷涂工艺参数：丙烷流量：25-35sccm、氧气流量：150-200sccm、送粉氩气流量：20-30sccm、送粉速率20-30g/min、喷涂距离150-...

【专利技术属性】
技术研发人员：王爱平，
申请(专利权)人：广州珈鹏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44