CN104525716A - 冷冲模具及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种冷冲模具，其工冲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冷冲模具的制备方法。所述冷冲模具，在其上下表面工冲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。本发明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，大幅度提高了冷冲模具工冲表面的耐磨性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有耐磨碳化物涂层的冷冲模具及其制备方法，尤其涉及一种具有耐磨碳化物涂层的复合冷冲模具及其制备方法，具体涉及一种应用于碳钢表面的耐磨碳化物涂层复合冷冲模具及其制备方法。
背景技术
冷冲模具，为主要用于制造对金属或非金属板材进行下料、冲孔用的凸模和凹模。当薄板放在凸模、凹模之间进行冲裁时，薄板在最初阶段产生变形，随着变形量的增加，薄板的下侧表面因受到大的拉应力而产生开裂。在使用过程中，随着凹模和凸模的磨损量的增加，其刃部的尖角逐步变为圆角，导致薄板下侧产生的拉应力降低，薄板厚度方向受到压缩，增加了被冲裁板料的加工硬化和变形、延迟了板料产生裂纹的时间，坯料切断后，其断口周围产生毛刺，随着模具磨损量的增加，工件的毛刺高度增加，当毛刺高度超过规定要求时，模具就需要更换或返修。
冷冲模具钢在工冲时，由于被加工材料的变形抗力比较大，模具的工冲部分承受很大的压力、弯曲力、冲击力及摩擦力。因此，冷冲模具的正常报废原因一般是磨损。冷冲模具在制造过程中，既需要模具表面或局部具有较高的硬度和耐磨性，又要使内部具有较好的韧性，而这种综合要求正是制约冷冲模具钢实际应用的瓶颈问题。所以也相应形成了一些适于做冷冲模具用的钢种，例如，发展了高耐磨、微变形冷冲模具用钢及高韧性冷冲模具用钢等。
目前可选用制造冷冲模具的有高速钢、超硬高速或硬质合金等，但其综合性能有限，高的耐磨性与强的韧性不可兼得。冷冲模具使用过程中出现的过载失效、磨损失效及疲劳失效，其中只有磨损失效之后可以再次修复使用。因此，有必要利用表面工程技术对冷冲模具钢零部件进行表面改性或处理以提高其表面硬度和耐磨性，以使冷冲模具钢的潜在性能得以充分发挥。
碳化物材料的涂层是现阶段使用较多的一种材料，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表面的耐磨性与硬度，相应的提高其使用寿命。其中TiC是一种常见涂层材料，其有如下特点特性：
(1)具备密度低、强度高、弹性模量高、耐磨、耐腐蚀、抗氧化等优异的综合性能；
(2)其颗粒一般呈圆球状，其晶格结构为面心立方结构，具有很高的热稳定性和硬度；
(3)便于切削加工、焊接、锻造，并且加工过程热变形小，且具有普通熔炼钢的冷热加工性能。
因此，TiC涂层被广泛地用于冲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技术有：激光熔覆法、高温自蔓延烧结技术、粉末冶金技术、材料气相沉积技术(包括：化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD))等，但这些方法，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。
因此如何在冷冲模具工冲表面获得TiC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。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种冷冲模具，其冷冲部位的表面具有一种耐磨涂层，而模具基体为碳钢基体，该耐磨涂层为TiC致密陶瓷层，其具有很高的硬度和很好的耐磨性和断裂韧性；并且进一步地，提供一种用于获得上述冷冲模具的制备方法。
进一步地，本发明还提供一种复合冷冲模具，其凹模刃口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，其优选被涂覆于冷冲模具基体表面，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。
所述冷冲模具，在其凹模刃口表面具有耐磨涂层。
为实现本发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种冷冲模具，其凹模刃口表面具有耐磨涂层，该耐磨涂层包括TiC致密陶瓷层，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，优选地，其中TiC的体积分数大于80％，优选大于90％；优选地，TiC晶粒尺寸为8-50μm，优选为10-50μm。
本发明还提供一种冷冲模具，其凹模刃口表面具有梯度复合涂层，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组织。
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；其中TiC的体积分数大于80％，优选大于90％。优选地，TiC粒径为8-50μm，优选为10-50μm，
进一步优选地，沿微米TiC陶瓷层纵向剖面，其厚度为50-150μm，优选为70-150μm，更优选为80-150μm；优选地，其中TiC的体积分数大于80％，优选大于90％；优选地，TiC晶粒尺寸为5-15μm，优选为6-12μm，更优选为8-10μm。
更进一步优选地，沿TiC与基体的融合层纵向剖面，其厚度为50-200μm，优选为100-200μm；其中TiC的体积分数为20-80％，优选为50-85％，TiC晶粒尺寸为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，冷冲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。
本发明提供一种冷冲模具的制备方法，其凹模刃口表面具有耐磨涂层，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)、按照冷冲模具凹模尺寸制作冷冲模具凹模消失模，根据冷冲模具凹模的工作受力状况，其主要磨损的部位是凹模刃口表面，据此在凹模消失模的刃口表面固定钛板，然后在钛板表面固定外部碳源；优选地，用聚苯乙烯泡沫塑料制作冷冲模具凹模消失模；优选地，所述外部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)按照冷冲模具凹模尺寸，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)、将碳钢基材冶炼为钢液；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冷冲模具凹模消失模、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，获得冷冲模具凹模基体为碳钢，凹模刃口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，室温冷却。
6)、将浇铸完得到的冷冲模具凹模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，从而在凹模刃口表面形成耐磨碳化物涂层，而冷冷冲模具凹模基体仍为碳钢基体；
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。
本发明提供一种冷冲模具的制备方法，其凹模刃口表面具有梯度复合涂层，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)、按照冷冲模具凹模尺寸，制作冷冲模具凹模消失模，根据冷冲模具凹模的工作受力状况，其主要磨损的部位是凹模刃口表面，据此在凹模消失模的刃口表面固定钛板，然后在钛板表面固定外部碳源，使其与钛板紧密结合；优选地，用聚苯乙烯泡沫塑料制作冷冲模具凹模消失模；
3)按照冷冲模具凹模尺寸，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)、将碳钢基材冶炼为钢液；优选地，浇注温度控制在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冷冲模具凹模消失模、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，获得冷冲模具凹模基体为碳钢，凹模刃口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，室温冷却。
6)、将浇铸完得到的冷冲模具凹模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，从而在凹模刃口表面形成梯度复合层，而冷冲模具凹模基体仍为碳钢基体；
7)所得的具有梯度复合涂层的冷冲模具凹模复合体被进一步热处理以获得更合适的基体组织。
优选地，钛板的厚度控制在0.2-3mm，若小于0.2mm，则钛板在浇注复合过程中就已经完全反应，不能获得TiC致密陶瓷层，直接生成弥散分布TiC颗粒；超过3mm则导致扩散距离增大，反应动力不足。
优选地，通过严格控制步骤6)中保温温度与时间的关系，获得所述准单晶相TiC致密陶瓷层。该陶瓷层呈现出较为明显的准单晶组织，光学显微镜下表现为晶界减少，影响断裂韧性的位错也相应减少，代之亚晶界增多，有效提高该陶瓷层的抗裂能力。
优选地，通过控制步骤6)中保温时间、保温温度获得该梯度复合涂层即碳化物涂层，所述碳化物涂层包括依次呈梯度分布的准单晶相TiC致密陶瓷层、微米TiC陶瓷层、TiC与基体的融合层。
更优选地，保温温度、保温时间以及最终能够获得的梯度复合涂层的总厚度符合如下公式，
L＝kTlogt1/2+b0
其中：
L——梯度复合涂层的总厚度(μm)，
k——是常数，取值为0-1，k≠0，
T——保温温度(K)，
t——保温时间(s)，
b0——初始厚度(μm)，即钢液浇注后与钛板之间形成的复合层的厚度。
综上，所述梯度复合涂层，包括TiC致密陶瓷层，硬度高。所述TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，原子的排列不像一般单晶那样具有相同的晶格，但仍具有严格的顺序，呈现出几何排列；晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序。准单晶相介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，准单晶相的晶界明显减少，位错密度低，有较多亚晶界，因此硬度有明显提升；而较之单晶相，其对制备方式要求更低，且组织更为稳定。
优选地，在步骤1)中，表面处理的步骤如下：
第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸或60ml/L的磷酸或120ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用300ml/L的氢氟酸或200ml/L的硫酸或240ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用800目或更细的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。
更优选地，步骤2)中的外部碳源为石墨纸；优选地，所述石墨纸为三级以上，纯度99％，厚度为0.1-0.35mm。
优选地，步骤6)中，升温至1000-1130℃保温，升温速度控制在7℃/min，保温时间为4-12h，优选6-10h。
优选地，所选碳钢基体为低碳钢、中碳钢或高碳钢。
优选地，保护气为氩气或氮气，气体流量为4-8ml/min。
其中，保温温度应严格控制在上述范围内，温度高于1130℃，反应过程中的液相过多，而使得准单晶TiC，直接生成弥散分布TiC颗粒，而不能获得准单晶TiC致密陶瓷层；但是温度低于1000℃，则Ti的溶解度太低，反应无法正向进行。同样的，保温时间也应该保持一个合理的区间，时间超过12h，准单晶TiC致密陶瓷层消失，反应扩散生成弥散分布TiC颗粒与基体的融合，而低于4h，则反应获得的TiC太少，涂层厚度难以保证，最佳的应该保持在6-10h。
更优选地，具有碳化物涂层的冷冲模具复合体被进一步热处理以获得更合适的基体组织；优选地，在550-800℃左右进行热处理，基体为珠光体组织；或在220-450℃进行热处理，基体为贝式体组织；或在220℃以下进行热处理，基体为马氏体组织。
所述冷冲模具以碳钢为基体，所选碳钢基体为低碳钢、中碳钢和高碳钢，优选为：Q275A、Q255AF、45钢、T12A、T8、ZG270-450等，见国家标准GB221-79。基体组织根据热处理方式的不同为珠光体、马氏体、铁素体、贝氏体、奥氏体和索氏体中的一种或几种。
本发明通过铸造获得钢钛复合体后，引入外碳源，以加热扩散的方式可直接在冷冲模具的工冲部位表面形成碳化物涂层，涂层与冷冲模具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，大幅度提高了涂层的力学性能。并且该方法操冲简单，无需复杂设备，获得的冷冲模具性能良好。不同的热处理方式，使冷冲模具工冲表面和模具本身具有不同的力学性能，满足了实际生产中对各个部分的不同性能要求。由于表面致密准单晶陶瓷层的形成，该陶瓷层呈现出较为明显的准单晶组织，光学显微镜下表现为晶界减少，影响断裂韧性的位错也相应减少，代之亚晶界增多，有效提高该陶瓷层的抗裂能力。因此冷冲模具表面具有较高的硬度3000-3230HV0.05，相对耐磨性是基体的10-22倍。所述相对耐磨性的定义为：以基体材料为标准试样，在相同磨料粒度，相同载荷，圆盘以相同转速转动相同圈数后，被测涂层产生磨损量与标准试样产生磨损量的比值称为涂层的相对耐磨性，因此也简称为涂层的相对耐磨性是基体的几倍，下述相同参数的检测标准与之相同。
这是由于其中的TiC致密陶瓷层为准单晶组织，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。而微米TiC陶瓷层的硬度只能达到2000-2800HV0.05，其相对耐磨性是基体的6-10倍。
附图说明
图1为浇铸前外碳源与钛板在冷冲模具凹模消失模外壁的布置图；；
图2为热处理后冷冲模具凹模以及各部分组织示意图；
图3为准单晶相TiC致密陶瓷层显微组织图；
图4为微米TiC陶瓷层显微组织图。
图中，1.石墨纸，2.钛板，3.TiC致密陶瓷层，4.微米TiC陶瓷层，5.TiC与基体的融合层，6.凹模基体，7.凹模消失模。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：冷冲模具凹模的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.7％。所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用300ml/L的氢氟酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用800目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在1mm。
2、按照冷冲模具凹模尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作冷冲模具凹模消失模7，根据冷冲模具凹模的工作受力状况，其主要磨损的部位是凹模刃口的上表面，据此在凹模消失模7的刃口表面固定钛板2，然后在钛板2表面固定石墨纸1，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.1mm，使其与钛板2紧密结合，如图1所示。
3、按照冷冲模具凹模尺寸，用CO2水玻璃硬化砂制作砂型。
4、将碳钢基材冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选碳钢基体为Q275A。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有上述钛板2的砂型内，浇注温度控制在1630℃，浇注时间为40秒，一分钟后，在冒口补浇，冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得上部为Q275A基体下部为钛板2的复合体。
6、将浇铸完得到的冷冲模具凹模复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1000℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为6h，最后随炉冷却至室温，在凹模刃口表面表面形成梯度复合涂层，而凹模基体仍为Q275A基体。所述保护气为氩气，气体流量为5ml/min。
7、所得的具有梯度复合涂层的冷冲模具凹模复合体，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在220℃以下进行热处理，凹模基体6为马氏体组织。
所述梯度复合涂层，包括TiC致密陶瓷层3，为准单晶相，其晶粒尺寸为15μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为110μm，其中TiC的体积分数为90％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为90μm，TiC的体积分数为90％，其晶粒尺寸为7μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为90μm，其中TiC的体积分数为70％，其晶粒尺寸为3μm。此时，所述涂层可为复合涂层，如图2所示，其包括准单晶相TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5构成，依次呈梯度分布，其总厚度为290μm。所述Q275A基体组织为珠光体。所述冷冲模具凹模刃口表面具有较高硬度为3000HV0.05，相对耐磨性是基体的22倍。
实施例2：冷冲模具凹模的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.8％，所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1000目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在1.5mm。
2、按照冷冲模具凹模尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作冷冲模具凹模消失模7，根据冷冲模具凹模的工作受力状况，其主要磨损的部位是凹模刃口的上表面，据此在凹模消失模7的刃口表面固定钛板2，然后在钛板2表面固定石墨纸1，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.2mm，使其与钛板2紧密结合。
3、按照冷冲模具凹模尺寸，用覆膜砂制作砂型。
4、将碳钢基材冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选碳钢基体为Q255AF。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有上述钛板2的砂型内，浇注温度控制在1630℃，浇注时间为45秒，一分钟后，在冒口补浇，冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得上部为Q255AF基体下部为钛板2的复合体。
6、将浇铸完得到的冷冲模具凹模复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1050℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为6h，最后随炉冷却至室温，在凹模刃口表面表面形成梯度复合涂层，而凹模基体仍为Q255AF基体。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得的具有梯度复合涂层的冷冲模具凹模复合体，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在700℃进行热处理，凹模基体6为珠光体组织。
所述梯度复合涂层，包括TiC致密陶瓷层3，如图3所示，为准单晶相，其晶粒尺寸为30μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为150μm；其中TiC的体积分数为90％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，如图4所示，沿涂层纵向剖面，其厚度为100μm，TiC的体积分数为90％，其晶粒尺寸为10μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为100μm，其中TiC的体积分数为65％，其粒径为4μm。此时，所述涂层可为复合涂层，是由所述准单晶TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5构成，依次呈梯度分布，其总厚度为350μm。所述Q255AF基体组织为珠光体。所述冷冲模具凹模刃口表面具有较高硬度为3080HV0.05，耐磨性相对于Q255AF基体为16倍。
实施例3：冷冲模具凹模的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.8％，所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，120ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第二步酸洗，240ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1200目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在2.5mm。
2、按照冷冲模具凹模尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作冷冲模具凹模消失模7，根据冷冲模具凹模的工作受力状况，其主要磨损的部位是凹模刃口的上表面，据此在凹模消失模7的刃口表面固定钛板2，然后在钛板2表面固定石墨纸1，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.2mm，使其与钛板2紧密结合。
3、按照冷冲模具凹模尺寸，用覆膜砂制作砂型。
4、将碳钢基材冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选碳钢基体为Q255AF。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有上述钛板2的砂型，浇注温度控制在1630℃，浇注时间为50秒，一分钟后，在冒口补浇，冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得上部为Q255AF基体下部为钛板2的复合体。
6、将浇铸完得到的冷冲模具凹模复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1100℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为10h，最后随炉冷却至室温，在凹模刃口表面表面形成梯度复合涂层，而凹模基体仍为Q255AF基体。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得的具有梯度复合涂层的冷冲模具凹模复合体，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在700℃进行热处理，凹模基体6为珠光体组织。
所述梯度复合涂层，包括TiC致密陶瓷层3，为准单晶相，其晶粒尺寸为40μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为180μm；其中TiC的体积分数为90％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为130μm，TiC的体积分数为90％，其晶粒尺寸为13μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为160μm，其中TiC的体积分数为50％，其粒径为8μm。此时，所述涂层可为复合涂层，其包括准单晶相TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5构成，依次呈梯度分布，其总厚度为470μm，所述Q255AF基体为珠光体。所述冷冲模具凹模刃口表面具有较高硬度为3120HV0.05，耐磨性相对于Q255AF基体为22倍。
实施例4：冷冲模具凹模的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.99％，所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1000目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在3mm。
2、按照冷冲模具凹模尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作冷冲模具凹模消失模7，根据冷冲模具凹模的工作受力状况，其主要磨损的部位是凹模刃口的上表面，据此在凹模消失模7的刃口表面固定钛板2，然后在钛板2表面固定石墨纸1，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.15mm，使其与钛板2紧密结合。
3、按照冷冲模具凹模尺寸，用潮模砂制作砂型。
4、将碳钢基材冶炼为钢液，温度控制在1620℃，所选碳钢基体为50钢。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有上述钛板2的模具内，浇注温度控制在1620℃，浇注时间为50秒，一分钟后，在冒口补浇，冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得上部为50钢基体下部为钛板2的复合体。
6、将浇铸完得到的冷冲模具凹模复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1130℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为12h，最后随炉冷却至室温，在凹模刃口表面表面形成梯度复合涂层，而凹模基体仍为50钢基体。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得的具有梯度复合涂层的冷冲模具凹模复合体，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在350℃进行热处理，凹模基体6为贝氏体组织。
所述梯度复合涂层，包括TiC致密陶瓷层3，为准单晶相，其晶粒尺寸为45μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为200μm；其中TiC的体积分数为80％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为150μm，TiC的体积分数为80％，其粒径为15μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为200μm，其中TiC的体积分数为20％，其粒径为10μm。此时，所述涂层可为复合涂层，其包括准单晶相TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5构成，依次呈梯度分布，其总厚度为550μm。所述50钢基体为贝氏体。所述冷冲模具中凹模刃口表面具有较高硬度为3230HV0.05，耐磨性相对于50钢基体为14倍
实施例5：冷冲模具凹模的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.7％。所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，240ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用900目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在2.5mm。
2、按照冷冲模具凹模尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作冷冲模具凹模消失模7，根据冷冲模具凹模的工作受力状况，其主要磨损的部位是凹模刃口的上表面，据此在凹模消失模7的刃口表面固定钛板2，然后在钛板2表面固定石墨纸1，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.25mm，使其与钛板2紧密结合。
3、按照冷冲模具凹模尺寸，用CO2水玻璃硬化砂制作砂型。
4、将碳钢基体冶炼为钢液，温度控制在1610℃。所选碳钢基体为T12。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有上述钛板2的模具内，浇注温度控制在1610℃，浇注时间为50秒，一分钟后，在冒口补浇，冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得上部为T12基体下部为钛板2的复合体。
6、将浇铸完得到的冷冲模具凹模复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1000℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为12h，最后随炉冷却至室温，在凹模刃口表面表面形成梯度复合涂层，而凹模基体仍为T12基体。所述保护气为氮气，气体流量为7ml/min。
7、所得的具有梯度复合涂层的冷冲模具凹模复合体，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在400℃进行热处理，凹模基体6为贝氏体组织。
所述梯度复合涂层，包括TiC致密陶瓷层3，为准单晶相，其晶粒尺寸为30μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为120μm；其中TiC的体积分数为85％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为110μm，TiC的体积分数为85％，其晶粒尺寸为9μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为120μm，其中TiC的体积分数为60％，其晶粒尺寸为5μm。此时，所述涂层可为复合涂层，其包括准单晶相TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5构成，依次呈梯度分布，其总厚度为350μm。所述50钢基体为贝氏体。所述冷冲模具中凹模刃口表面具有较高硬度为3010HV0.05，耐磨性相对于50钢基体为10倍。
实施例6：冷冲模具凹模的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.99％，所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用120ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第二步酸洗，240ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1000目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在2mm。
2、按照冷冲模具凹模尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作冷冲模具凹模消失模7，根据冷冲模具凹模的工作受力状况，其主要磨损的部位是凹模刃口的上表面，据此在凹模消失模7的刃口表面固定钛板2，然后在钛板2表面固定石墨纸1，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.25mm，使其与钛板2紧密结合。
3、按照冷冲模具凹模尺寸，用覆膜砂制作砂型。
4、将碳钢基材冶炼为钢液，温度控制在1610℃。所选碳钢基体为T8。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有上述钛板2的模具内，浇注温度控制在1610℃，浇注时间为50秒，一分钟后，在冒口补浇，冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得上部为T8基体下部为钛板2的复合体。
6、将浇铸完得到的冷冲模具凹模复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1050℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为12h，最后随炉冷却至室温，在凹模刃口表面表面形成梯度复合涂层，而凹模基体仍为T8基体。所述保护气为氮气，气体流量为8ml/min。
7、所得的具有梯度复合涂层的冷冲模具凹模复合体，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在220℃以下进行热处理，凹模基体6为马氏体组织。
所述梯度复合涂层，包括TiC致密陶瓷层3，为准单晶相，其晶粒尺寸为35μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为170μm；其中TiC的体积分数为85％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为120μm，TiC的体积分数为85％，其晶粒尺寸为12μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为130μm，其中TiC的体积分数为55％，其晶粒尺寸为6μm。此时，所述涂层可为复合涂层，其包括准单晶相TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5构成，依次呈梯度分布，其总厚度为420μm。所述碳钢基体为马氏体。所述冷冲模具中凹模刃口表面具有较高硬度为3100HV0.05，耐磨性相对于T8基体为11倍。
实施例7：冷冲模具凹模的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.9％。所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用200ml/L的硫酸，后流水冲洗，
第三步表面打磨，选用1000目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在1mm。
2、按照冷冲模具凹模尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作冷冲模具凹模消失模7，根据冷冲模具凹模的工作受力状况，其主要磨损的部位是凹模刃口的上表面，据此在凹模消失模7的刃口表面固定钛板2，然后在钛板2表面固定石墨纸1，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.25mm，使其与钛板2紧密结合。
3、按照冷冲模具凹模尺寸，用自硬树脂砂制作砂型。
4、将碳钢基材冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选碳钢基体为ZG270。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有上述钛板2的模具内，浇注温度控制在1630℃，浇注时间为45秒，一分钟后，在冒口补浇，冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得上部为ZG270基体下部为钛板2的复合体。
6、将浇铸完得到的冷冲模具凹模复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1100℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为6h，最后随炉冷却至室温，在凹模刃口表面表面形成梯度复合涂层，而凹模基体仍为ZG270基体。所述保护气为氮气，气体流量为8ml/min。
7、所得的具有梯度复合涂层的冷冲模具凹模复合体，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在220℃以下进行热处理，凹模基体6为马氏体组织。
所述梯度复合涂层，包括TiC致密陶瓷层3为准单晶相，其晶粒尺寸为40μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为160μm；其中TiC的体积分数为90％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为110μm，TiC的体积分数为90％，其粒径为11μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为120μm，其中TiC的体积分数为60％，其粒径为7μm。此时，所述涂层可为复合涂层，其包括准单晶相TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5构成，依次呈梯度分布，其总厚度为390μm。所述碳钢基体为马氏体。所述冷冲模具中凹模刃口表面具有较高硬度为3110HV0.05，耐磨性相对于ZG270基体为19倍。
实施例8：冷冲模具凹模的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.9％。所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1000目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在1mm。
2、按照冷冲模具凹模尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作冷冲模具凹模消失模7，根据冷冲模具凹模的工作受力状况，其主要磨损的部位是凹模刃口的上表面，据此在凹模消失模7的刃口表面固定钛板2，然后在钛板2表面固定石墨纸1，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.3mm，使其与钛板2紧密结合。
3、按照冷冲模具凹模尺寸，用潮模砂制作砂型。
4、将碳钢基材冶炼为钢液，温度控制在1620℃，所选碳钢基体为45钢。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有上述钛板2的模具内，浇注温度控制在1620℃，浇注时间为45秒，一分钟后，在冒口补浇，冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得上部为45钢基体下部为钛板2的复合体。
6、将浇铸完得到的冷冲模具凹模复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1130℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为6h，最后随炉冷却至室温，在凹模刃口表面表面形成梯度复合涂层，而凹模基体仍为45钢基体。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得的具有梯度复合涂层的冷冲模具凹模复合体，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在600℃进行热处理，凹模基体6为珠光体组织。
所述梯度复合涂层，包括TiC致密陶瓷层3，为准单晶相，其晶粒尺寸为45μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为170μm；其中TiC的体积分数为90％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为140μm，TiC的体积分数为90％，其晶粒尺寸为14μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为180μm，其中TiC的体积分数为40％，其晶粒尺寸为9μm。此时，所述涂层可为复合涂层，其包括准单晶相TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5构成，依次呈梯度分布，其总厚度为490μm。所述碳钢基体为珠光体。所述冷冲模具凹模刃口表面具有较高硬度为3130HV0.05，耐磨性相对于45钢基体为13倍。
实施例9：冷冲模具凹模的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.9％。所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1200目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在0.2mm。
2、按照冷冲模具凹模尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作冷冲模具凹模消失模7，根据冷冲模具凹模的工作受力状况，其主要磨损的部位是凹模刃口的上表面，据此在凹模消失模7的刃口表面固定钛板2，然后在钛板2表面固定石墨纸1，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.2mm，使其与钛板2紧密结合。
3、按照冷冲模具凹模尺寸，用CO2水玻璃硬化砂制作砂型。
4、将碳钢基材冶炼为钢液，温度控制在1620℃，所选碳钢基体为50钢。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有上述钛板2的模具内，浇注温度控制在1620℃，浇注时间为40秒，一分钟后，在冒口补浇，冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得上部为50钢基体下部为钛板2的复合体。
6、将浇铸完得到的冷冲模具凹模复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1000℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为4h，最后随炉冷却至室温，在凹模刃口表面表面形成梯度复合涂层，而凹模基体仍为50钢基体。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得的具有梯度复合涂层的冷冲模具凹模复合体，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在650℃进行热处理，凹模基体6为珠光体组织。
所述梯度复合涂层，包括TiC致密陶瓷层3，为准单晶相，其晶粒尺寸为10μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为70μm；其中TiC的体积分数为90％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为50μm，TiC的体积分数为90％，其晶粒尺寸为5μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为50μm，其中TiC的体积分数为80％，其晶粒尺寸为1μm。此时，所述涂层可为复合涂层，其包括准单晶相TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5构成，依次呈梯度分布，其总厚度为170μm。所述碳钢基体为珠光体。所述冷冲模具凹模刃口表面具有较高硬度为3000HV0.05，耐磨性相对于钢基体为11倍。
实施例10：冷冲模具凹模的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.9％。所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用900目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在3mm。
2、按照冷冲模具凹模尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作冷冲模具凹模消失模7，根据冷冲模具凹模的工作受力状况，其主要磨损的部位是凹模刃口的上表面，据此在凹模消失模7的刃口表面固定钛板2，然后在钛板2表面固定石墨纸1，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.1mm，使其与钛板2紧密结合。
3、按照冷冲模具凹模尺寸，用CO2水玻璃硬化砂制作砂型。
4、将碳钢基材冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选碳钢基体为Q255AF。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有上述钛板2的模具内，浇注温度控制在1630℃，浇注时间为50秒，一分钟后，在冒口补浇，冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得上部为Q255AF基体下部为钛板2的复合体。
6、将浇铸完得到的冷冲模具凹模复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1050℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为4h，最后随炉冷却至室温，在凹模刃口表面表面形成梯度复合涂层，而凹模基体仍为Q255AF基体。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得的具有梯度复合涂层的冷冲模具凹模复合体，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在300℃进行热处理，凹模基体6为贝氏体组织。
所述梯度复合涂层，包括TiC致密陶瓷层3，为准单晶相，其晶粒尺寸为25μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为90μm；其中TiC的体积分数为90％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为70μm，TiC的体积分数为90％，其晶粒尺寸为8μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为70μm，其中TiC的体积分数为70％，其晶粒尺寸为2μm。此时，所述涂层可为复合涂层，其包括准单晶相TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5构成，依次呈梯度分布，其总厚度为230μm。所述碳钢基体为珠光体。所述冷冲模具凹模刃口表面具有较高硬度为3020HV0.05，耐磨性相对于Q255基体为20倍。
对比例1，其制备方法如下：用激光熔覆法直接将TiC碳化钛颗粒熔覆在冷冲模具的工冲面，得到涂层厚度为30μm，体积分数为80％，所得涂层的平均显微硬度为1200HV0.05，相对耐磨性相对于基体为2-3倍。
对比例中激光表面改性技术生产成本高，生产效率低，工艺参数不易控制，且使用过程中使用粘接剂将导致气孔和夹渣；且复合层中未出现准单晶TiC致密陶瓷层和微米TiC陶瓷层，复合层厚度和TiC含量较小，TiC粒径不均匀；同时，复合过程仅仅是对外加硬质碳化钛颗粒间的间隙进行铸渗和对外加颗粒进行熔融、烧结，硬质碳化钛颗粒与金属基体间非冶金结合，结合力很弱，颗粒容易脱落或存在氧化、夹杂问题，因此，其力学性能较差。
Claims (21)
1.一种冷冲模具，在其工冲面具有耐磨涂层，其特征在于：所述耐磨碳化物涂层为TiC致密陶瓷层。
2.如权利要求1所述的冷冲模具，其特征在于：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。
3.如权利要求1或2所述的冷冲模具，其特征在于：沿涂层纵向剖面，其厚度为70-200μm，优选为100-200μm，更优选为120-200μm，其中优选的，TiC的体积分数大于80％，优选大于90％，优选地，TiC粒径为8-50μm，优选为10-50μm。
4.一种冷冲模具，在其凹模刃口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。
5.如权利要求4所述的冷冲模具，其特征在于：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。
6.如权利要求4或5所述的冷冲模具，其特征在于：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；其中TiC的体积分数大于80％，优选大于90％；优选地，TiC粒径为8-50μm，优选为10-50μm。
7.如权利要求4-6之一所述的冷冲模具，其特征在于：沿微米TiC陶瓷层纵向剖面，其厚度为50-150μm，优选为70-150μm，更优选为80-150μm，优选的，TiC的体积分数大于80％，优选大于90％，优选的，TiC的粒径为5-15μm，优选为6-12μm，更优选为8-10μm。
8.如权利要求4-7之一所述的冷冲模具，其特征在于：沿TiC与基体的融合层纵向剖面，其厚度为50μm-200μm，优选100-200μm，优选的，其中TiC的体积分数为20％-80％，优选为50％-85％，该层中优选的，TiC的粒径为1-10μm，优选为2-8μm。
9.如权利要求4-8之一所述的冷冲模具，其特征在于：梯度复合涂层总厚度为170-550μm，优选在300-550μm。
10.如权利要求4-9之一所述的冷冲模具，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；优选地，该梯度复合涂层被施加于碳钢表面。
11.一种如权利要求1-3之一所述冷冲模具的制备方法，其特征在于，凹模模具刃口表面具有耐磨涂层，包括如下步骤：
1)、先准备一钛板，优选地，其中钛的纯度应控制在99.7-99.99％；优选地，所述钛板的厚度控制在0.2-3mm；优选地，所述钛板先被加以表面处理；
2)、按照冷冲模具凹模尺寸制作冷冲模具凹模消失模，根据冷冲模具凹模的工作受力状况，其主要磨损的部位是凹模刃口表面，据此在凹模消失模的刃口表面固定钛板，然后在钛板表面固定外部碳源；优选地，用聚苯乙烯泡沫塑料制作冷冲模具凹模消失模；优选地，所述外部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)按照冷冲模具凹模尺寸，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)、将碳钢基材冶炼为钢液；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冷冲模具凹模消失模、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，获得冷冲模具凹模基体为碳钢，凹模刃口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，室温冷却；
6)、将浇铸完得到的冷冲模具凹模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，从而在凹模刃口表面形成耐磨涂层，而冷冲模具凹模基体仍为碳钢基体；
其中，耐磨涂层为TiC致密陶瓷层。
12.如权利要求11所述的冷冲模具的制备方法，其特征在于：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；优选地，步骤6)中通过控制保温时间、保温温度获得该TiC致密陶瓷层。
13.一种如权利要求4-10之一所述冷冲模具的制备方法，其特征在于，其凹模模具刃口表面具有梯度复合涂层，包括如下步骤：
1)、先准备一钛板，优选地，其中钛的纯度应控制在99.7-99.99％；优选地，所述钛板的厚度控制在0.2-3mm；优选地，所述钛板先被加以表面处理；
2)、按照冷冲模具凹模尺寸制作冷冲模具凹模消失模，根据冷冲模具凹模的工作受力状况，其主要磨损的部位是凹模刃口表面，据此在凹模消失模的刃口表面固定钛板，然后在钛板表面固定外部碳源，使其与钛板紧密结合；优选地，用聚苯乙烯泡沫塑料制作冷冲模具凹模消失模；
3)按照冷冲模具凹模尺寸，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)、将碳钢基材冶炼为钢液；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冷冲模具凹模消失模、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，获得冷冲模具凹模基体为碳钢，凹模刃口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，室温冷却；
6)、将浇铸完得到的冷冲模具凹模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，从而在凹模刃口表面形成梯度复合层，而冷冲模具凹模基体仍为碳钢基体；
7)所得的具有梯度复合涂层的冷冲模具凹模复合体被进一步热处理以获得更合适的基体组织。
14.如权利要求13所述的冷冲模具的制备方法，其特征在于：通过控制步骤6)中保温时间、保温温度获得该梯度复合涂层即碳化物涂层，所述碳化物涂层包括依次呈梯度分布的准单晶相TiC致密陶瓷层、微米TiC陶瓷层、TiC与基体的融合层。
15.如权利要求14所述的冷冲模具的制备方法，其特征在于：保温温度、保温时间以及最终能够获得的梯度复合涂层的总厚度符合如下公式，
L＝kTlogt1/2+b0
其中：
L——梯度复合涂层的总厚度(μm)，
k——是常数，取值为0-1，k≠0，
T——保温温度(K)，
t——保温时间(s)，
b0——初始厚度(μm)，即钢液浇注后与钛板之间形成的复合层的厚度。
16.如权利要求13-15之一所述的冷冲模具的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，表面处理的步骤如下：
第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸或60ml/L的磷酸或120ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用300ml/L的氢氟酸或200ml/L的硫酸或240ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用800目或更细的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。
17.如权利要求13-16之一所述的冷冲模具的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中的外部碳源为石墨纸；优选地，所述石墨纸为三级以上，纯度99％，厚度为0.1-0.35mm。
18.如权利要求13-17之一所述的冷冲模具的制备方法，其特征在于：所述步骤6)中，升温至1000-1130℃保温，升温速度控制在7℃/min，保温时间为4-12h，优选6-10h。
19.如权利要求13-18之一所述的冷冲模具的制备方法，其特征在于：所选碳钢基体为低碳钢、中碳钢或高碳钢。
20.如权利要求13-19之一所述的冷冲模具的制备方法，其特征在于：所述保护气为氩气或氮气，气体流量为4-8ml/min。
21.如权利要求13-20之一所述的冷冲模具的制备方法，其特征在于：所述步骤7)中的热处理工序为：在800-550℃左右进行热处理，基体为珠光体组织；或在220-450℃进行热处理，基体为贝式体组织；或在220℃以下进行热处理，基体为马氏体组织。
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