快速砂型铸造用模具表面耐磨涂层的研究

2011年1月第36卷第1期

润滑与密封

L U B R I C A T I O NE N G I N E E R I N G

J a n .2011

V o l .36N o .1

D O I :10.3969/j .i s s n .0254-0150.2011.01.023

＊基金项目:河北省教育厅自然科学科技资助项目(C L 2005 Z );北华航天工业学院重点发展学科资助项目(X K-005-Z ).收稿日期:2010-08-09

作者简介:庞国星(1963—),男,教授,从事耐磨材料及表面工程研究.E -m a i l :p a n g l f h t @163.c o m .

快速砂型铸造用模具表面耐磨涂层的研究

＊

庞国星1　陈华辉2

(1.北华航天工业学院材料工程系　河北廊坊065000;2.中国矿业大学(北京)材料工程系　北京100083)

摘要:研究适合快速砂型铸造用模具的表面涂层材料,该涂层材料由环氧树脂C Y D -128、稀释剂660A 和固化剂组

成,并添加一定量的微米级A l 2O 3颗粒。在WT M -1E 微型磨损实验机上研究该涂层的耐磨性能,并用扫描电镜和原子力显微镜分析磨损后的表面形貌。结果表明:随A l 2O 3颗粒含量的增加,复合涂层的摩擦因数逐渐增大,磨损率逐渐降低,当A l 2O 3颗粒质量分数为5%时,磨损率最低;随A l 2O 3颗粒含量的增加,复合涂层的磨损机制由黏着占主导逐渐转变为犁削沟占主导;采用该涂层材料处理后的快速砂型铸造用模具具有一定的耐磨性。

关键词:快速砂型铸造;模具涂层;耐磨

中图分类号:T H 117.1 文献标识码:A 文章编号:0254-0150(2011)1-088-4

R e s e a r c h o n S u r f a c e We a r -r e s i s t a n t C o a t i n g f o r R a p i d S a n d C a s t i n g

P a n g G u o x i n g 1　C h e nH u a h u i

2

(1.D e p a r t m e n t o f M a t e r i a l E n g i n e e r i n g ,N o r t h C h i n a I n s t i t u t e o f A s t r o n a u t i c E n g i n e e r i n g ,L a n g f a n g H e b e i 065000,C h i n a ;

2.D e p a r t m e n t o f M a t e r i a l E n g i n e e r i n g ,C h i n a U n i v e r s i t y o f M i n i n g T e c h n o l o g y ,B e i j i n g 100083,C h i n a )

A b s t r a c t :S u i t a b l e s u r f a c e c o a t i n g m a t e r i a l f o r r a p i ds a n dc a s t i n g m o u l dw a s s t u d i e d .T h i s c o a t i n g m a t e r i a l i s c o m p o s e d o f e p o x y r e s i nC Y D -128,t h i n n e r 660Aa n dc u r i n g a g e n t ,s m a l l a m o u n t o f A l 2O 3p a r t i c l e w a s a d d e d .T h i s c o a t i n g w e a r -r e -s i s t a n t w a s i n v e s t i g a t e d w i t hW T M -1Ew e a r -r e s i s t a n t t e s t m a c h i n e ,a n dt h e w e a r a p p e a r a n c e w a s a n a l y z e dw i t h S E M a n d A F M .R e s u l t s o f e x p e r i m e n t i n d i c a t e t h a t ,w i t h t h e i n c r e a s e o f A l 2O 3c o n t e n t ,f r i c t i o n c o e f f i c i e n t o f t h e c o m p o s i t e c o a t i n g i s i n c r e a s e d ,a n d w e a r r a t e i s d e c r e a s e dg r a d u a l l y ,a n dt h e c o m p o s i t e c o a t i n gw i t h 5%A l 2O 3h a s t h e l o w e s t w e a r r a t e .T h e w e a r m e c h a n i s mo f c o m p o s i t e c o a t i n g i s f r o mt h e a d h e s i v e m e c h a n i s mt o t h e p l o u g h m e c h a n i s mw i t h t h e i n c r e a s e o f A l 2O 3p a r t i c l e .T h e r a p i d s a n d c a s t i n g m o u l dt r e a t e dw i t ht h i s c o a t i n g m a t e r i a l h a s h i g h w e a r -r e s i s t a n t .

K e y w o r d s :r a p i d s a n dc a s t i n g ;m o l d c o a t i n g ;w e a r -r e s i s t a n c e 随着市场竞争的日益激烈,产品的开发周期、生产周期、更新周期越来越短。因此,面对一个迅速变

化且无法预料的买方市场,以往传统的大批量生产模式对市场的响应就显得越来越迟缓与被动。快速响应市场需求,已成为制造业发展的重要方向。快速原型技术(R a p i dP r o t o t y p i n g ,R P )就是在这种背景下逐

步形成并得以发展的[1-5]

。采用这种技术既可以开发功能制件或用于新产品的评价,也可用于快速制造砂型模具等。粉末激光烧结快速成型工艺(S e l e c t i v e L a s e r S i n t e r i n g ,S L S )的研究与开发一直是国内外快速成型技术(R P )领域的重要研究方向之一。国内经过几十年的发展,S L S 材料取得了长足的进步,但

是目前S L S 成型材料的后处理材料和工艺大多不太理想,使成型件的力学性能不能满足功能性制品的要

求。因此,开发变形小、强度高、无污染、成本低的新型后处理材料与工艺以及功能性涂层的制备是非常必要的。从机械制造的整个工艺过程来看,铸造生产一般为首道工序,而铸造生产的首道工序是铸造模具(模型)的制造。砂型铸造用的模具对保证铸件质量、提高劳动生产率、改善劳动条件等都具有重要作用。砂型铸造用模具主要用来形成铸件的型腔,因此必须具有足够的强度、刚度、耐磨性及与铸造技术要求相适应的表面粗糙度和尺寸精度。快速砂型铸造主要是指缩短生产周期的砂型铸造工艺,而制模周期是制约铸造生产周期的重要因素之一。快速砂型铸造主要是指基于快速原型的制模工艺,本研究作者采用的为经快速原型(S L S )方法制造的模型,再经树脂灌注后可以强化其内部结构和表面性能,该模型可以直接用砂型铸造用模具,但应用后发现表面耐磨性较