模具零件有幾種表面處理工藝強(qiáng)化技術(shù)？

模具零件有幾種表面處理工藝強(qiáng)化技術(shù)?大家知道，表面處理在模具中的應(yīng)用是提高模具質(zhì)量和使用壽命，降低成本的最有途徑。通過(guò)采用不同的表面處理技術(shù)，只改變模具表層的成分、組織、性能，從而大幅地改善和提高模具的表面性能，如硬度、耐磨性、摩擦性能、脫模性能、隔熱性能、耐腐蝕和高溫抗氧化性能、提高型腔表面抗擦傷能力、脫模能力、抗咬合等特殊性能，數(shù)倍、幾十倍地提高模具使用壽命。這對(duì)于提高模具質(zhì)量，大幅度降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率和充分發(fā)揮模具材料的潛能都具有重要意義。

在模具零配件中使用的表面處理工藝多達(dá)幾十種，主要可以歸納為物理表面處理法、化學(xué)表面處理法和表面鍍覆層處理法。接下來(lái)長(zhǎng)沙博潤(rùn)介紹下模具零件幾種表面處理工藝：

1、滲碳表面化學(xué)熱處理

滲碳工藝是一種較常使用(80%以上)的模具表面強(qiáng)化技術(shù)，該工藝主要針對(duì)塑料模具型腔的表面強(qiáng)化。經(jīng)滲碳處理后的模具工作零件，可達(dá)到“外硬內(nèi)韌”的效果，即工作零件表面獲得硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度等性能的提升，而心部仍保持原來(lái)的塑韌性、強(qiáng)度，符合對(duì)模具工作零件使用性能的要求，具有滲速快、滲層深、成本低，且滲層和基體零件之間具有較完美的結(jié)合性能，結(jié)合層之間實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過(guò)渡。但操作溫度較高(900-950℃)，尤其是離子滲碳溫度可達(dá)1100℃，且滲碳后還需進(jìn)行相應(yīng)的熱處理，從而導(dǎo)致模具變形的可能性加大，因此，高精度塑料模具不建議采用該項(xiàng)技術(shù)。

氣體滲碳溫度一般為920-950℃，經(jīng)試驗(yàn)綜合評(píng)定：滲碳層表面最合理的含碳量為w(C)0.85%-0.95%，滲層由外向內(nèi)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)梯度應(yīng)均勻平緩，淬火組織中不允許有粗條狀馬氏體，過(guò)多殘余奧氏體、網(wǎng)狀碳化物和黑色屈氏體。過(guò)高的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)易使模具零件組織中出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物等惡性組織，影響模具質(zhì)量和壽命，在后續(xù)加工過(guò)程中易出現(xiàn)應(yīng)力集中，產(chǎn)生龜裂等現(xiàn)象。

離子滲碳溫度一般為900-960℃，與氣體滲碳比較，離子滲碳具有效率高、變形小、污染小、可處理任何形狀的模具零件表面等優(yōu)點(diǎn)，更適合在塑料模具和沖壓模具表面強(qiáng)化加工中應(yīng)用。

2、火焰表面熱噴涂技術(shù)

熱噴涂技術(shù)是一種發(fā)展極為迅速的表面強(qiáng)化新技術(shù)，它是利用熱源(電弧、離子弧、火焰等)將噴涂材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，并使其霧化，以一定的速度噴向經(jīng)過(guò)預(yù)處理的基體表面，依靠物理變化和化學(xué)變化，與基體結(jié)合的工藝方法，此結(jié)合層，能提高模具零件的耐磨、耐蝕、耐熱等性能，且操作簡(jiǎn)便，成本較低。

近年來(lái)，該項(xiàng)技術(shù)在模具表面強(qiáng)化中的應(yīng)用得到進(jìn)一步發(fā)展和完善。廣州有色金屬研究院采用超音速噴涂硬質(zhì)合金工藝，使Cr12不銹鋼拉深模的壽命提高了3-10倍。同時(shí)，該技術(shù)應(yīng)用在模具修復(fù)中也取得較大進(jìn)步，如華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室采用超音速火焰噴涂(HVOF)技術(shù)，在Cr12MoV模具鋼表面制備了納米結(jié)構(gòu)的WC12Co金屬陶瓷涂層，測(cè)得涂層平均剪切強(qiáng)度達(dá)150.8MPa，涂層的結(jié)合強(qiáng)度大于80MPa，涂層硬度高于1000HV。運(yùn)用HVOF技術(shù)對(duì)冷擠壓模修復(fù)后，完全能滿足企業(yè)的使用要求。

3、復(fù)合表面電鍍技術(shù)

電鍍技術(shù)是一種用電化學(xué)方法在基體表面沉積金屬或金屬化處理的技術(shù)。

電鍍硬鉻和硬鎳是我國(guó)塑料模具表面處理的傳統(tǒng)技術(shù)，該技術(shù)在近室溫下進(jìn)行，模具性能幾乎不受影響，也不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重變形，同時(shí)，電鍍層的表面粗糙度較低，硬度升高為800HV。但仍存在諸多問(wèn)題，如：耐蝕性不高，溝槽、深孔無(wú)法處理，使其在模具強(qiáng)化中的應(yīng)用受到一定限制，目前只可用于強(qiáng)化普通塑料模具的耐磨性，不適用于形狀復(fù)雜且耐蝕性要求高的塑料模具。

目前，復(fù)合鍍是模具行業(yè)中鍍層技術(shù)應(yīng)用最有活力的領(lǐng)域。復(fù)合電刷鍍可強(qiáng)化模具型腔表面，也可用于修復(fù)模具型腔表面。研究發(fā)現(xiàn)，在模具型腔表面刷鍍非晶態(tài)鍍層(0.01-0.02mm)，可延長(zhǎng)壽命0.5-1.0倍。復(fù)合鍍層中可加入微粒的品種較多，且參數(shù)調(diào)整范圍較寬，可操作性強(qiáng)，充分體現(xiàn)出鍍層的多樣性和綜合性。

大連理工大學(xué)將Ni-P-PTFE復(fù)合鍍用于UPVC管件模具表面強(qiáng)化，解決UPVC材料對(duì)模具表面的腐蝕有明顯效果，達(dá)到模具成型表面耐磨耐腐蝕等綜合性能要求，但其硬度稍低。為此，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的范會(huì)玉在Ni-P的基礎(chǔ)上，將PTFE與SiC微粒復(fù)合，應(yīng)用在玻璃纖維增強(qiáng)的塑料成型模具中，實(shí)踐表明可使其壽命提高10倍左右。

4、PVD、CVD、PCVD表面鍍膜技術(shù)

鍍膜技術(shù)也就是氣相沉積技術(shù)，是將具有特殊性能的穩(wěn)定化合物沉積于模具工作零件表面，形成超硬鍍膜，使模具工作零件具有優(yōu)異性能。工業(yè)中使用頻率較高的穩(wěn)定化合物主要有TiC、TiN、SiN等。

物理氣相沉積(PVD)是用物理方法使鍍膜材料汽化后在基體表面沉積成覆蓋層的實(shí)用技術(shù)。該技術(shù)在20世紀(jì)初開(kāi)始應(yīng)用，在最近30年發(fā)展迅速，成為了一門(mén)具有廣闊應(yīng)用前景的新技術(shù)，并逐漸向環(huán)保型、清潔型趨勢(shì)發(fā)展，主要用于制造精度較高的冷作模具。

江西省科學(xué)院應(yīng)用物理研究所采用多弧離子鍍膜法對(duì)20根經(jīng)TiN涂層處理的冷擠壓凸模進(jìn)行實(shí)際使用壽命試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其壽命提高1.5倍以上;廣州有色金屬研究院對(duì)物理氣相沉積硬質(zhì)薄膜在工模具上的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)研究，指出該技術(shù)能明顯提高模具的使用壽命和工件加工質(zhì)量，但是，PVD法也存在著諸如繞鍍性差等缺點(diǎn)，對(duì)形狀復(fù)雜的模具零件表面進(jìn)行處理存在一定限制。

化學(xué)氣相沉積(CVD)是在900-2000℃范圍內(nèi)用化學(xué)方法使氣體在基體材料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并形成覆蓋層的實(shí)用技術(shù)。該技術(shù)沉積溫度高、涂層結(jié)合牢固，對(duì)模具零件表面形狀幾乎沒(méi)有要求，諸如形狀復(fù)雜或帶有槽溝及小孔的零件均可進(jìn)行均勻涂覆，彌補(bǔ)了物理氣相沉積的相關(guān)缺陷，例如，在模具表面強(qiáng)化中經(jīng)常使用的TiC涂層硬度高，耐磨性好，摩擦因數(shù)小，減摩性好，抗咬合性強(qiáng)，大幅度提高模具的使用壽命。但CVD法存在處理溫度高，仍需進(jìn)行淬火處理，會(huì)導(dǎo)致較大變形等缺陷，因此，在高精度模具的制造中，此技術(shù)的使用受到一定限制。

等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PCVD)，是利用輝光放電增強(qiáng)反應(yīng)物化學(xué)活性，促進(jìn)氣相間的化學(xué)反應(yīng)，在低溫下沉積出優(yōu)質(zhì)鍍層的實(shí)用技術(shù)，是介于CVD和PVD之間的一種處理方法。用PCVD法將涂層鍍覆在模具工作零件表面，經(jīng)實(shí)踐證明，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

重慶工學(xué)院對(duì)PCVD技術(shù)在模具強(qiáng)化中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)利用PCVD技術(shù)在W18Cr4V冷擠壓模具上沉積一層TiC，比無(wú)沉積膜層的模具壽命提高10倍以上;將PCVD法用于塑料制品模具上可提高模具壽命1-4倍。

北京航空航天大學(xué)的陶冶教授籌建了PCVD表面強(qiáng)化技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)室，自行設(shè)計(jì)制造了試驗(yàn)設(shè)備和輔助配套設(shè)施，項(xiàng)目組研制了基于PCVD復(fù)合滲鍍法的模具表面強(qiáng)化技術(shù)，具有工藝溫度低、均鍍性好和鍍層結(jié)合力高等優(yōu)點(diǎn)，適用于所有高溫回火模具和部分低溫回火模具的制備，是目前唯一一種既適用于刀具強(qiáng)化又適用于形狀復(fù)雜的模具表面強(qiáng)化的氣相沉積表面強(qiáng)化技術(shù)。

由此可見(jiàn)，PCVD技術(shù)在模具零件強(qiáng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)有所成就，并且應(yīng)用前景非常廣闊。

5、高能束流強(qiáng)化技術(shù)

高能束流強(qiáng)化技術(shù)具有非接觸、精確可控、材料適應(yīng)性廣、柔性強(qiáng)、質(zhì)量?jī)?yōu)、資源節(jié)約和環(huán)境友好等綜合優(yōu)勢(shì)，既可用于大批量高效自動(dòng)化生產(chǎn)，又適用于多品種、小批量加工，甚至個(gè)性化產(chǎn)品的訂制，是模具制造業(yè)中不可缺少的重要技術(shù)。其中，離子注入技術(shù)以其幾乎完美的強(qiáng)化效果在冷作模具、熱作模具和塑料模具等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，其平均壽命一般可提高2-10倍，有重大應(yīng)用價(jià)值。