含有ZrO2、PTFE、Ni-P合金的模具鍍層材料、增強模具性能的方法、及防腐耐磨產品的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及橡膠制品金屬模具表面鍍層的新材料制備領域，尤其是涉及一種防腐蝕、耐磨損、自潤滑材料的制備方法，具體為含有Zr02、PTFE、N1-P合金的模具鍍層材料、增強模具性能的方法、及防腐耐磨產品。
【背景技術】
[0002]氯丁橡膠、氯醇膠、氯磺化聚乙烯等橡膠制品生產中，橡膠制品嚴重粘連模具，脫模困難，模具容易被腐蝕，產品廢品率高。目前生產中采用在模具表面涂覆脫模劑解決粘連難題，因脫模劑在模具表面積累成污垢，影響橡膠制品質量，每個生產班次都要人工清洗模具，清洗時拆卸和安裝模具，浪費工時和能源。長期以來，橡膠制品的碳素工具鋼模具被腐蝕，橡膠制品與模具粘連導致產品不合格，一直是生產難題。
[0003]為解決模具被腐蝕和粘連難題，研究在模具表面化學鍍聚四氟乙烯-鎳磷(PTFE-N1-P)合金材料，因為N1-P合金材料具有抗腐蝕，以及PTFE具有自潤滑特性。希望以它們的復合性能，解決模具被腐蝕和粘連問題。有關PTFE-N1-P材料的耐腐蝕和自潤滑性能研究，英國University of Dundee,Zhao, Q.等(Appl.Surf.Sc1., 2005, Vol.240,1-4, p441),伊朗 University of Tehran, Mafi, I man R.等(Appl.Surf.Sc1., 2011,Vol.257, 20, p 8653)，上海交通大學 Wu, Y.T.等(Tribol.Lett., 2011，Vol.42，2，pl61)，臺灣清華大學 Fu, C.(J.Micromech.Microengineering, 2010, Vol.20, 9,p423)，青島科技大學Hou, Junying等(Key Eng.Mat., 2013, Vol.561, p537)，大連大學Fu, Chuanqi 等(Adv.Mater.Res., 2011, Vol.233-235，pl059)都有研究報道。上述PTFE-N1-P材料作為橡膠模具鍍層材料，可以防止模具表面被腐蝕，但PTFE-N1-P材料耐磨性不好，復合鍍層中PTFE粉體顆粒容易脫落。
[0004]為了增強模具鍍層材料耐磨性，向化學鍍PTFE-N1-P鍍液中添加超硬納米碳化硅(SiC)，以提高復合鍍層材料的硬度和耐磨性。上海交通大學Wu，Yating等將微米級碳化硅顆粒加入到化學鍍PTFE-N1-P鍍液中，制備SiC-PTFE-N1-P復合鍍層(J.Mater.Sc1.，2010，40，18，5057)。俞世俊等將碳化硅和聚四氟乙烯的鎳磷基復合涂層及其制備方法申請中國發明專利(公開號:CN1228467C)。盡管SiC-PTFE-N1-P鍍層材料，具有高硬度和良好的耐磨性，低摩擦系數和低表面能，但納米碳化硅表面帶電荷，在化學鍍N1-P合金鍍液的酸性介質中，納米SiC粉體極易團聚，分散困難，鍍層材料SiC-PTFE-N1-P彈性模量高，材料內應力大，其塑性不理想。
[0005]鑒于納米Zr02粉體超塑性，耐磨性好，耐高溫、耐磨損和低熱膨脹系數特性，將納米Zr02粉體和不同粒徑微米PTFE粉體混合，分散于化學鍍鎳磷合金鍍液中，利用化學鍍液中自催化氧化-還原反應，在碳素工具鋼的模具表面制備Zr02-PTFE-N1-P合金鍍層材料，該材料中含有不同粒徑微米PTFE粉體及超塑性納米Zr02粉體，鍍層材料具有協同的自潤滑性能和抗斷裂韌性、抗彎曲強度等特性，以解決橡膠制品的模具被腐蝕以及制品粘連模具的生產難題。有關Zr02-PTFE-N1-P合金作為橡膠模具鍍層材料，目前未見報道。此方法設備投資成本低，易于工業化生產。
【發明內容】
[0006]本發明針對生產橡膠制品的碳素工具鋼模具表面被腐蝕，橡膠制品粘連模具，脫模困難以及模具需要經常人工清洗的生產難題，提供一種含有Zr02、PTFE, N1-P合金的模具鍍層材料、在橡膠制品的碳素工具鋼模具表面化學沉積Zr02-PTFE-N1-P合金鍍層材料的制備方法(即增強模具性能的方法)、及由制備方法而獲得的防腐耐磨產品。
[0007]含有Zr02、PTFE, Ni_P合金的模具鍍層材料，在每升化學鍍溶液中含有:40.00-60.00g 的含有鎳(Ni)和磷(P)的主鹽、16.00-25.00g 的絡合劑、15.00-30.00g 的 pH緩沖劑、1.00-3.00g 的含有錯(Zr4+)、聚四氟乙稀(polytetrafluoroethylene，PTFE)的混合粉體、0.15-1.00g的分散劑。
[0008]制備本發明所述的含有Zr02、PTFE,Ni_P合金的模具鍍層材料增強模具性能的方法，按如下步驟進行:
步驟1:往每升蒸餾水中，投入:20.00-30.00 g的硫酸鎳、20.00-30.00g的次磷酸鹽、15.00-20.00g 的一元羧酸、1.00-5.00g 的二元羧酸、5.00-10.00g 的強堿、10.00-20.00g 的一元羧酸鹽、0.50-1.00g的納米粉體Zr02、0.50-2.00g的微米粉體PTFE、0.10-0.50g的陰離子表面活性劑、0.05-0.50g的非離子表面活性劑。
[0009]隨后，均勻攪拌并加熱到353-363K，獲得待使用的化學鍍溶液。所述化學鍍溶液的pH 值在 4.0-5.0。
[0010]步驟2:將碳素工具鋼的模具表面拋光、除油、除銹、水洗后，浸入由步驟1獲得的待使用的化學鍍溶液中1.5到2.0h。同時，保持化學鍍溶液的溫度維持在353-363K。化學鍍溶液在模具表面發生自催化氧化-還原反應，獲得半成品模具。
[0011]步驟3:將由步驟2獲得的半成品模具置于熱處理爐中，對半成品模具的鍍層進行熱處理:以每分鐘1K的加熱速率升溫，待熱處理爐的溫度達到573-673K后下，保溫6_8小時，隨后自然冷卻至室溫，獲得表面具有一層含有Zr02、PTFE, N1-P合金鍍層的模具，即獲得具有防腐蝕、耐磨損、自潤滑特性的成品。
[0012]由本發明所述的制備含有Zr02、PTFE,Ni_P合金的模具鍍層材料增強模具性能的方法而獲得的防腐耐磨產品，該防腐耐磨產品的鍍層厚度在15-25um之間，經受72小時的鹽霧實驗無腐蝕點。
[0013]該防腐耐磨產品的鍍層包含:1.52-3.64%質量比的納米粉體Zr02、2.10-5.65%質量比的微米粉體PTFE、96.38-91.71%質量比的Ni_P合金。
[0014]由本發明所述的制備含有Zr02、PTFE,Ni_P合金的模具鍍層材料增強模具性能的方法而獲得的防腐耐磨產品，該防腐耐磨產品的鍍層在室溫下的硬度為500-600HV。該防腐耐磨產品的鍍層經過673K以下低溫熱處理后的硬度為1000-1100HV，其與模具基體之間的結合力為300-400MPa，鍍層表面摩擦系數0.06-0.13。
[0015]本發明的效果
與碳素工具鋼的橡膠模具其它鍍層材料相比，本發明的效果體現在:
(1 )Zr02-PTFE-N1-P合金鍍層材料具有抗斷裂韌性、抗彎曲強度好特性，模具表面鍍層不會因生產過程中的沖擊引發鍍層脆性脫落，鍍層材料中Zr02耐磨性好。
[0016](2 )將不同粒徑微米PTFE粉體混合使用，使Zr02-PTFE-N1-P合金鍍層材料表面形成不同的觸突微結構表面狀態，如圖2所示，鍍層材料中PTFE的自潤滑性能，使橡膠制品不粘連模具，脫模更容易。
[0017](3)納米Zr02粉體相對于其它超硬粉體，在鍍液中更容易被分散，易于工業化生產。
[0018](4)本發明具有耐磨損，耐腐蝕，自潤滑特性，以解決氯丁橡膠、氯醇膠、氯磺化聚乙烯等橡膠制品生產中粘連模具、脫模困難、模具被腐蝕，產品廢品率高難題。
[0019]本發明解決了目前生產中采用在模具表面涂覆脫模劑解決粘連難題一一因脫模劑在模具表面積累成污垢，每個生產班次都要人工清洗模具，清洗時拆卸和安裝模具，浪費工時和能源。采用本發明的模具生產橡膠制品，不要用脫模劑，無需每班清洗，模具不會被腐蝕，提高了產品質量，降低了生產成本。
【附圖說明】
[0020]圖1在碳素工具鋼的模具表面單獨沉積一層N1-P合金鍍層材料的掃描電鏡(SBO照片。
[0021]圖2是在碳素工具鋼的模具表面按本發明所述方法沉積一層Zr02-PTFE-Ni_P合金鍍層材料的掃描電鏡(SEM)照片。
[0022]圖3是圖2的X射線衍射(XRD )圖。
【具體實施方式】
[0023]現結合附圖詳細說明本發明的結構特點。
[0024]含有Zr