拉丝模具及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种拉丝模具，其工作部位的表面具有一种碳化物涂层，并且提供一种用于获得上述拉丝模具的制备方法。所述拉丝模具，在其上下表面工作部位具有碳化物涂层。所述准单晶TiC致密陶瓷层、微米TiC陶瓷层及TiC与基体的复合层由外向内依次呈梯度分布，其被施加于碳钢表面。可被施加于碳钢表面。本发明专利技术通过铸造得到的基体与钛复合体，外引入外碳源，并加热、保温，从而在基体表面形成碳化物涂层，所述涂层与基体之间为冶金结合，结合力很强，克服了现有硬质颗粒与金属基体间非冶金结合，结合力很弱，颗粒容易脱落的问题，大幅度提高了拉丝模具工作表面的耐磨性能。

【技术实现步骤摘要】
拉丝模具及其制备方法
本专利技术涉及一种具有耐磨涂层复合拉丝模具及其制备方法，尤其涉及一种具有耐磨碳化物涂层复合拉丝模具及其制备方法，具体涉及一种应用于碳钢表面的耐磨碳化物涂层复合拉丝模具及其制备方法。
技术介绍
金属压力加工中，在外力作用下使金属强行通过模具，金属横截面积被压缩，并获得所要求的横截面积形状和尺寸的工具称为拉丝模。在金属制品拉拔行业中，拉丝模是非常重要的易耗工具。拉丝模用途广泛，如电子器件、雷达、电视、仪表及航天等所用的高精度丝材以及常用的钛丝、钼丝、不锈钢丝、电线电缆丝和各种合金丝都是用金刚石拉丝模拉制出来的。金刚石拉丝模由于采用天然金刚石作原料，从而具有极强的耐磨性，使用寿命极高，但由于天然金刚石在结构上具有各向异性，导致其硬度也成各向异性，使得模孔磨损不均匀，制品不圆整，且其成本极高，稀少，导致其使用受限。其次，聚晶金刚石拉丝模虽硬度高，抗磨损性强的特点，但由于其脆性较大，限制了其广泛使用。众所周知，拉丝模作为金属制品形变加工的基本工具，拉丝模的质量严重影响到产品的质量、模具使用寿命、生产效率、能源及成本消耗等多种因素。作为金属加工基本工具来说，还需开发新的廉价高性能拉丝模具，既能满足强度、塑韧性和耐磨性的要求，又成本低廉，制备工艺简单，适合大规模定型生产。碳化物材料的涂层是现阶段使用较多一种材料，其具有硬度高、耐磨损性能优越的特点，以涂层方式覆盖在金属合金基体表面可以提高由基体材料制备的零部件的耐磨性与寿命。碳化物材料具有硬度高、耐磨损性能优越的特点。其中钛的碳化物熔点和硬度都较高，且与铁的相容性较好，是理想的耐磨涂层组分。是一种常见涂层材料，其有如下特点特性：(1)碳化钛具有高强度、高硬度及高模量；(2)TiC韧性好、抗冲击载荷及抗磨性好，与基体结合具有较好的抗界面腐蚀能力，而且它与钢铁润湿性好，二者之间的润湿角为零；(3)其次，钛矿丰富，选择TiC作为增强相在技术、经济和社会效益上都十分合适。因此，TiC涂层被广泛地用作无屑冷热金属加工工具、切削刀具、各种模具、耐磨耐热耐蚀零件表面等。目前金属材料表面涂层的方法有化学气相沉积法、物理气相沉积法，热喷涂方法，热渗镀方法等。但是这些方法，存在生产设备要求苛刻、生产效率低、涂层结合强度低等不足。因此如何在拉丝模具工作表面获得TiC碳化物相的涂层，并且选择一种生产设备简单、工艺流程短的制备方法，获得与基体结合力好、不易脱落且力学性能、耐磨性能优异的涂层是亟待解决的问题。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本专利技术的目的在于提供一种拉丝模具，其工作部位的表面具有一种耐磨碳化物涂层，而模具基体仍为碳钢，该碳化物涂层为TiC致密陶瓷层，其化学稳定性和耐磨性好，具有低摩擦系数、高硬度、低表面能以及低传热性；并且进一步地，提供一种用于获得耐磨碳化物涂层的制备方法。进一步地，本专利技术还提供一种复合拉丝模具，其拉丝模具表面具有一种梯度复合涂层，所述梯度复合涂层为碳化物涂层，其优选被涂覆于拉丝模具基体表面，以提高其表面的耐磨性和断裂韧性，特别是碳钢表面，并且提供一种用于获得上述涂层的制备方法。所述拉丝模具，在模具工作表面具有耐磨涂层，从而有利保证模具工作表面具有很高的硬度和很好的耐磨性，而模具基体部分具有很好的韧性。为实现本专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种表面具有耐磨涂层的拉丝模具，该耐磨涂层为TiC致密陶瓷层；优选地，TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。更优选地，沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为70-200μm，优选为100-200μm，更优选为120-200μm；优选的，其中TiC的体积分数大于80％，优选大于90％；优选的，其粒径为8-50μm，优选为10-50μm。此外，本专利技术还提供一种表面具有梯度复合涂层的拉丝模具，所述梯度复合涂层为碳化物涂层，包括依次呈梯度分布的TiC致密陶瓷层、微米TiC陶瓷层、TiC与基体的融合层。优选地，TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。优选的，沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为70-200μm，优选为100-200μm，更优选的120-200μm；优选的，其中TiC的体积分数大于80％，优选大于90％；优选的，其粒径为8-50μm，优选为10-50μm；更优选地，沿微米TiC陶瓷层纵向剖面，沿涂层纵向剖面，其厚度为50-150μm，优选为700-150μm，更优选为80-150；其中TiC的体积分数大于80％，优选大于90％，其粒径为5-15μm，优选为6-12μm，更优选为8-10μm。进一步优选地，沿TiC与基体的融合层纵向剖面，其厚度为，其厚度为50-200μm，优选为100-200μm；其中TiC的体积分数大于20-80％，优选为50-85％，其粒径为1-10μm，优选为2-8μm。优选地，梯度复合涂层总厚度为170-550μm；优选在300-550μm。更优选地，模具基体组织根据热处理方式不同为珠光体、马氏体、铁素体、贝氏体、奥氏体和索氏体中的一种或几种；优选地，该梯度复合涂层被施加于碳钢表面。所述碳钢基体根据国家标准GB221-79中规定，本案中所使用碳钢的的牌号分别为：Q275A、Q255AF、45钢、T12A、T8、ZG270-450等。本专利技术提供一种拉丝模具的制备方法，其拉丝模具的工作表面具有耐磨涂层，包括如下步骤：1)先准备一钛板，优选地，其中钛的纯度控制在99.7-99.99％；优选地，所述钛板的厚度控制在0.2-3mm；更优选地，所述钛板先被加以表面处理；2)按照拉丝模具尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作拉丝模具消失模，根据拉丝模具的工作受力状况，其主要磨损是拉丝模具内孔与被加工金属之间强烈的摩擦，据此在拉丝模具消失模工作表面固定钛板，然后在钛板表面固定外部碳源，所述碳源为三级以上的石墨纸，纯度99％，厚度为0.1-0.35mm，使其与钛板紧密结合。3)按照拉丝模具尺寸，制作砂型；优选地，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬树脂砂或潮模砂制作砂型。4)将金属基材冶炼为钢液，优选地，温度控制在1610℃-1630℃。5)采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入上述放置有拉丝模具消失模、钛板和外部碳源的砂型内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得拉丝模具基体为碳钢，拉丝模具内孔工作表面为碳钢与钛板的复合体；优选地，浇注温度控制在1610℃-1630℃；更优选地，浇注时间为40-50秒为宜；进一步优选地，一分钟后，在冒口补浇；优选地，室温冷却。6)将浇铸完得到的拉丝模具复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，最后随炉冷却至室温，从而在拉丝模具内孔表面形成耐磨涂层，而拉丝模具基体仍为碳钢基体。其中耐磨碳化物涂层为TiC致密陶瓷层。优选地，通过控制步骤6)中保温时间、保温温度获得该TiC致密陶瓷层；优选地，TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。本专利技术还提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种拉丝模具，在其表面具有耐磨涂层，其特征在于，所述耐磨涂层为TiC致密陶瓷层。

【技术特征摘要】
1.一种拉丝模具，在其表面具有耐磨涂层，其特征在于：所述耐磨涂层为TiC致密陶瓷层，其中，所述TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界减少，并且原子排列比较有序的显微组织。2.如权利要求1所述的拉丝模具，其特征在于：沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为70-200μm；和/或，其中TiC的体积分数大于80％；和/或，TiC粒径为8-50μm。3.如权利要求2所述的拉丝模具，其特征在于：沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其所述厚度为100-200μm；和/或，所述TiC的体积分数大于90％；和/或，所述TiC粒径为10-50μm。4.如权利要求3所述的拉丝模具，其特征在于：沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其所述厚度为120-200μm。5.一种拉丝模具，在其表面具有梯度复合涂层，其特征在于：所述梯度复合涂层为碳化物涂层，包括依次呈梯度分布的TiC致密陶瓷层、微米TiC陶瓷层、TiC与基体的融合层，其中，所述TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界减少，并且原子排列比较有序的显微组织。6.如权利要求5所述的拉丝模具，其特征在于：沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为70-200μm；和/或，其中TiC的体积分数大于80％；和/或，TiC粒径为8-50μm。7.如权利要求6所述的拉丝模具，其特征在于：沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其所述厚度为100-200μm；和/或，所述TiC的体积分数大于90％；和/或，所述TiC粒径为10-50μm。8.如权利要求7所述的拉丝模具，其特征在于：沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其所述厚度为120-200μm。9.如权利要求5-8之一所述的拉丝模具，其特征在于：沿微米TiC陶瓷层纵向剖面，其厚度为50-150μm；和/或，TiC的体积分数大于80％；和/或，TiC的粒径为5-15μm。10.如权利要求9所述的拉丝模具，其特征在于：沿微米TiC陶瓷层纵向剖面，其所述厚度为70-150μm；和/或，所述TiC的体积分数大于90％；和/或，所述TiC的粒径为6-12μm。11.如权利要求10所述的拉丝模具，其特征在于：沿微米TiC陶瓷层纵向剖面，其所述厚度为80-150μm；和/或，所述TiC的粒径为8-10μm。12.如权利要求5-8,10-11之一所述的拉丝模具，其特征在于：沿TiC与基体的融合层纵向剖面，其厚度为50μm-200μm；和/或，其中TiC的体积分数为20％-85％；和/或，TiC的粒径为1-10μm。13.如权利要求12所述的拉丝模具，其特征在于：沿TiC与基体的融合层纵向剖面，其所述厚度为100-200μm；和/或，所述TiC的体积分数为50％-80％；和/或，所述TiC的粒径为2-8μm。14.如权利要求5-8,10-11,13之一所述的拉丝模具，其特征在于：梯度复合涂层总厚度为170-550μm。15.如权利要求14所述的拉丝模具，其特征在于：所述梯度复合涂层总厚度为300-550μm。16.如权利要求5-8,10-11,13,15之一所述的拉丝模具，其特征在于：基体组织根据热处理不同为珠光体、马氏体、铁素体、贝氏体、奥氏体和索氏体中的一种或几种。17.如权利要求16所述的拉丝模具，其特征在于：该梯度复合涂层被施加于碳钢表面。18.一种如权利要求1-4之一所述拉丝模具的制备方法，其拉丝模具的工作表面具有耐磨涂层，其特征在于，包括如下步骤：1)先准备一钛板；2)按照拉丝模具尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作拉丝模具消失模，根据拉丝模具的工作受力状况，其主要磨损是拉丝模具内孔与被加工金属之间强烈的摩擦，据此在拉丝模具消失模工作表面固定钛板，然后在钛板表面固定外部碳源，使其与钛板紧密结合；3)按照拉丝模具尺寸制作砂型，4)将金属基材冶炼为钢液；5)将上述钢液浇入上述放置有钛板和碳源的砂型内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得拉丝模具基体为碳钢，拉丝模具工作表面为碳钢与钛板的复合体；6)将浇铸完得到的拉丝模具复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，最后随炉冷却至室温，从而在拉丝模具工作表面形成耐磨涂层，而拉丝模具基体仍为碳钢基体；其中，耐磨涂层为TiC致密陶瓷层。19.如权利要求18所述的拉丝模具的制备方法，其特征在于：在步骤1)中，钛的纯度控制在99.7-99.9％，和/或，所述钛板的厚度控制在0.2-3mm，所述钛板先被加以表面处理；和/或，在步骤3)中，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬树脂砂或潮模砂制作砂型；和/...

【专利技术属性】
技术研发人员：许云华，赵娜娜，梁淑华，钟黎声，卢正欣，燕映霖，叶芳霞，任冰，邹军涛，肖鹏，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61