低温等离子体模具表面热障涂层制备研究
精密注射成型是一种生产高精度、高表面质量塑料制品的先进成型方法，其关键技术问题是使塑料熔体在模具型腔内保持稳定的温度和良好的流动性。在模具型腔内表面制备一层低热导率的涂层是一种较为新颖的工艺手段，可以使模具型腔内熔体的温度保持稳定从而提高塑件的表观质量和力学性能。 本课题将热障涂层制备与精密注射成型方法相结合，首先提出了一种具有普适性的多孔隙复合材料热障涂层制备及性能调控方法，随后对模具型腔内的熔体与模具之间的传热机理进行了深入研究，就传热过程对塑件表观质量的影响进行多维度分析，最后对所提出的多孔隙复合材料热障涂层的效果在注射成型生产中进行了验证。本课题的研究思路和主要内容如下: (1)采用大气等离子喷涂制备多孔7YSZ（添加7％氧化钇稳定的氧化锆）涂层，向7YSZ粉末中加入一定含量的PA11（聚酰胺-11）用于调控涂层的各项性能。获得的7YSZ涂层为典型的四方相和立方相混合结构，通过改变加入到7YSZ粉末中的PA11含量，可以实现对涂层各项性能的调控。当PA11含量为10％，涂层厚度约为230μm时，其综合性能最佳。涂层的结合强度可达到31.7Mpa，涂层的硬度可达到940HV，涂层的热导率随着PA11含量的增加不断降低。热处理有利于进一步分解涂层中残留的PA11，增加涂层的孔隙率并促使孔隙分布更加均匀。 (2)通过Solidworks进行建模，Ansys Workbench进行传热分析，Moldex3D进行熔体充填模拟。结果表明，通过直接降低模具热导率或者采用热障涂层间接降低模具热导率，可以使模具型腔内的温度分布更加均匀，熔体表面凝固层的形成时间逐渐延后，从而提高了熔体在模具型腔内的流动性，使熔体更充分地填满型腔。更高的熔体温度可以降低熔体的充填压力和注射压力，并且有利于缩短熔接痕的长度，减轻制品的熔接痕现象;除此之外，熔体固化层厚度比例也随着温度的升高而减小，更小的固化层厚度说明熔体在型腔中的流动性提高了，有利于提升塑件制品的表观质量以及力学性能。 (3)采用实验室团队自主搭建的模具涂层平台，基于本课题对涂层性能调控手段的研究，选择合适的涂层制备工艺参数，在模具型腔表面制备了具有不同热导率的7YSZ涂层，并探究了其对注塑制品表面质量和力学性能的影响。通过在模具型腔内制备合适的涂层，可以显著消除注塑制品的熔接痕并改善制品的力学性能。
模具型腔;热障涂层;多孔隙复合材料;塑料熔体;精密注射成型;表观质量;力学性能
北京化工大学
硕士
机械工程
谢鹏程;周宏伟
2021
中文
TQ320.52
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）