一种采用复合涂层提高汽车冷冲压模具寿命的方法 【技术领域】
本发明涉及一种在汽车冷冲压模具表面复合涂层提高其寿命的方法。
背景技术
碳是地球上最丰富的元素之一，由单一碳元素组成的物质由于其形成的结构不同，性能有极大差异，具有六角平面结构的石墨异常柔软。具有等轴立方体结构的金刚石是世界上最坚硬的矿物。富勒烯(球)是新发现的第三类碳的同素异形体，通常为60个碳原子组成的完全对称的空心碳球，对称性很好，像个现代足球。在正常情况下，C60富勒烯(球)像石墨一样柔软，但挤压至原体积70％时，比金刚石更坚硬。挤压力消除后又可经弹性变形回复原状。这是一种既有高强度高硬度，又有高韧性的球状材料。
通常冲压模具特别是汽车覆盖件模具的制造材料多是用碳素工具钢或高级合金钢，所以其成本高，生产周期长，一套新车型模具制造周期在一年以上，远不能适应车型变化极快的生产需要。我国及日本等国多采用硬度低(Hv仅200左右)极易加工的灰铸铁，使一套模具的制造周期缩短至3～6个月，成本大大降低。铸铁模具仅冲压10000～2万次就必须修模，寿命短。
【发明内容】
本发明解决的技术问题：铸铁模具仅冲压10000～2万次就必须修模，寿命短；避免冲压工件表面形成的拉裂、拉毛、擦伤现象。
本发明的技术方案为：一种采用复合涂层提高汽车冷冲压模具寿命的方法，其步骤为：
(1)、对铸铁模具表面机械粗磨、机械精磨；
(2)、铸铁模具表面抛光；
(3)、对铸铁模具干法除油；
(4)、对铸铁模具干法弱浸蚀；
(5)、用冷水清洗铸铁模具；
(6)、把铸铁模具预热至30～90℃；
(7)、化学还原在铸铁模具上共沉积Ni-P纳米级球形微粒的复合涂层：其中溶液成分：NiSO4.6H2O为20～70g/L，NaH2PO2.H2O为10～40g/L，络合剂为10～50g/L，加速剂为5～20g/L，纳米级人造金刚石或纳米级富勒烯固体微粒为10～150g/L；溶液的pH值为3.0～6.5，温度为30℃～90℃，沉积时间为0.5小时～4小时；
在模具表面沉积的复合涂层的基体是Ni-p合金，同时在合金层中均匀分布着5～20％的纳米级大小的球形微粒，该球形微粒是纳米级人造金刚石或富勒烯颗粒；
(8)、把铸铁模具吊起悬空，用纯净水冲洗，回收铸铁模具表面上的处理液；
(9)、出槽，自来水清洗；
(10)、机械抛光修饰。
有益效果：
①首次把复合涂层用于提高铸铁模具的耐磨性，由于采用的是固体微粒均匀分布在涂层中，形成了明显的弥散强化作用。又由于纳米级微粒比微米级直径小一千倍，从而避免了在模具使用过程中产生应力在微粒周围的的应力集中现象。
②提出了复合涂层中弥散的高强高韧微粒的优异自润滑性能，减少复合涂层的磨损可能。
③由于复合涂层的优异自润滑性能，从而减少了冲压工件表面产生拉裂、拉毛、拉伤现象的发生。
④用铸铁代替合金钢制造模具，可节省30～40％的材料成本和加工成本。而且加工周期可缩短50％以上。
⑤在模具表面沉积一层高硬耐磨涂层(Hv800～900左右)，摩擦系数降低1.5倍。
⑥在涂层中共沉积纳米级大小的高强高硬微粒，使复合涂层获得弥散强化作用，增加其耐磨性，使铸铁模具的冲压次数达到8～10万次。
⑧本项目采用柔性磨光、抛光工艺把模具的工作表面抛光至镜面光滑，这样既可延长模具的寿命，又可以大大提高冲压件的表面光洁度，减少工件表面产生拉毛、拉伤现象。
⑨采用干法前处理工艺，对模具加工表面进行去油、弱侵蚀过程，这可大幅度降低清洗用废水量和防止氢脆现象产生。化学还原法沉积复合涂层是一种低毒处理工艺，再加上采用干法前处理工艺及零排放的循环废水处理工艺等新工艺配套起来，可以最大限度的减少对环境的污染，做到清洁生产。
本发明将采用柔性磨光、抛光模具表面，至镜面光滑这可以提高模具寿命，提高冲压工件的光洁度，减少工件表面的拉毛现象。化学还原沉积复合涂层，增加模具耐磨性，使铸铁模具的冲压次数达到8～10万次，化学还原沉积复合涂层是一种低毒处理工艺，应采用干法前处理、零排放的循环废水工艺等配套措施，可以最大限度的减少对环境的污染。
【具体实施方式】
一、本发明的工艺流程：
(1)对铸铁模具表面机械粗磨、机械精磨；
(2)机械抛光；
(3)干法除油；
(4)干法弱浸蚀；
(5)冷水清洗；
(6)把铸铁模具预热到30～90℃；
(7)化学还原共沉积Ni-P-纳米级球形微粒的复合涂层：
溶液成分：
NiSO4.6H2O 20～70g/L，
NaH2PO2.H2O 10～40g/L，
络合剂 10～50g/L，
加速剂 5～20g/L，
PH：3.0～6.5，温度：30℃～90℃，
沉积时间：0.5h～4h，
固体微粒：10～150g/L(纳米级人造金刚石或纳米级富勒烯固体颗粒)；
在模具表面沉积的复合涂层的基体是Ni-p合金，同时在合金层中均匀分布着5～20％的纳米级大小的球形微粒，该球形微粒是纳米级人造金刚石或富勒烯颗粒；复合涂层的厚度为15～25um；
(8)吊起悬空，用纯净水冲洗，回收处理液(模具表面上的)；
(9)出槽，自来水清洗；
(10)机械抛光修饰；
(11)检查复合涂层厚度及性能。
在步骤(7)中地络合剂是弱酸物质，如乳酸；在步骤(7)中的加速剂是羟基乙酸钠。
络合剂的定义：化学镀溶液中的络合剂除了能控制可供反应的游离离子的浓度外，还能抑制沉淀，提高镀液的稳定性，延长镀液的使用寿命。有的络合剂还能起到缓冲剂和促进剂的作用，提高镀液的沉积速度。化学镀镍的络合剂一般含有羟基、羧基、氨基等。
加速剂的定义：在化学镀溶液中加入一些加速催化剂，能提高化学镀的沉积速率。加速剂的使用机理可以认为是还原剂次磷酸根中氧原子被外来的酸根取代形成配位化合物，导致分子中H和P原子之间键合变弱，使氢在被催化表面上更容易移动和吸附。也可以说促进剂能起活化次磷酸根离子的作用。常用的加速剂有丙二酸、丁二酸、氨基乙酸、丙酸、氟化钠等。
本发明中所使用的络合剂是乳酸，所使用的加速剂是羟基乙酸钠。本发明中的络合剂、加速剂不局限于这两种物质，也可以是其它物质，只要能满足本发明中的化学还原就可以。
二、化学还原法制备Ni-P合金复合涂层的废水处理工艺过程：废水泵入碱化池并机械搅拌，加入NaOH或消石灰Ca(OH)2使PH达11左右，泵入沉淀池，加入沉淀剂FeSO4，FeS，沉淀，澄清后上层清水经砂滤罐过滤，过滤后流入中和槽，再向中和槽加入H2SO4溶液，调整PH值至7.0～8.5左右，送入回用水池或排放水池。