表面覆層技術(shù)在模具制造中應(yīng)用

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1、表面覆層技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用表面覆層技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用崔劍平[文章摘要]覆層技術(shù)作為提高模具表面質(zhì)量的方法，極大的提高了模具的使用壽命。其主要原理就是運用物理氣相沉積（PVD技術(shù)）、高能等離子體表面涂層技術(shù)、多元多層復(fù)合涂層技術(shù)等在模具表面形成強化層，金屬陶瓷薄膜，這層膜具有耐磨損、抗腐蝕的功能，由于這層膜使用的材料不與鋁、鋅等金屬溶液親和或發(fā)生反應(yīng)，所以能極大地改善壓鑄件的離模性能而不發(fā)生粘模現(xiàn)象。[關(guān)鍵詞]覆層技術(shù)物理氣相沉積（PVD技術(shù)）　　　　　　1引言　　國內(nèi)模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)值已經(jīng)

2、達到500多億人民幣，模具的使用壽命還比較低，僅相當(dāng)于國外的1/3-1/5，由于模具表面質(zhì)量造成的損失，每年達十幾億人民幣。模具表面質(zhì)量對模具的使用壽命有很大的影響。　　模具的損壞和限制模具壽命的三個原因為：1)液態(tài)金屬鋁的粘（soldering）和化學(xué)沖蝕損傷。2)磨損和腐蝕。3)熱疲勞開裂。國內(nèi)有關(guān)鋁熔損的試驗指出，當(dāng)模具材料硬度為45HRC時，未表面處理的鋁熔損率高達54.90％時，當(dāng)采用鹽浴硫氮碳共滲加上PVD處理時，熔損率更明顯降低至0.10％。由此可見表面處理的效果十分明顯　　HEF集團對

3、汽車轉(zhuǎn)向操作系統(tǒng)的鋁合金工件壓鑄成型模具中的挺桿（38CDV5，相當(dāng)于H13鋼）表面沉積3μm厚的CERTESSSD涂層，其硬度可達4000～4500HV，使用溫度可達800℃，還可抗鋁合金的黏結(jié)，使用壽命提高至10萬次，是未進行沉積處理挺桿的6~7倍。　　表面覆層技術(shù)作為提高模具表面質(zhì)量的方法，世界上著名研究機構(gòu)和大學(xué)競相開展課題研究，技術(shù)已經(jīng)比較成熟，已經(jīng)開始應(yīng)用，已經(jīng)取得很好的效益。我國這方面的研究剛處于起步階段。2特點表面覆層技術(shù)包括低溫化學(xué)表面涂層技術(shù)及超深層表面改性技術(shù)，它運用物理、化學(xué)或

4、物理化學(xué)等技術(shù)手段來改變"材料及其制件表面成份和組織結(jié)構(gòu)"，其特點是保持基體材料固有的特征，又賦予表面化所要求的各種性能，從而適應(yīng)各種技術(shù)和服役環(huán)境對材料的特殊要求，因而它是制造和材料學(xué)科最為活躍的技術(shù)領(lǐng)域，又是涉及表面處理與涂層技術(shù)的交叉學(xué)科。其最大的優(yōu)勢在于能以極少的材料和能源消耗制備出基體材料難以甚至無法獲得的性能優(yōu)異的表面薄層，從而獲得最大的經(jīng)濟效益，它是一種優(yōu)質(zhì)高效的表面改性與涂層技術(shù)?！　?常見的覆層技術(shù)　　包括近年來迅速發(fā)展起來的物理氣相沉積技術(shù)（JKL）、化學(xué)氣相沉積技術(shù)（MKL）、離

5、子注入技術(shù)、熱噴涂技術(shù)、熱噴焊技術(shù)、復(fù)合電鍍技術(shù)、復(fù)合電刷鍍技術(shù)和化學(xué)鍍技術(shù)等?！　?.1物理氣相沉積（PVD技術(shù)）是在真空室中，把強化用的金屬原子蒸發(fā)，或通過荷能粒子的轟擊，在一個電流偏壓的作用下，將其吸引并沉積到工作表面形成強化層。利用PVD法可在工作表面沉積碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁等多種化合物。在模具表面沉積一層金屬陶瓷薄膜，這層膜具有耐磨損、抗腐蝕的功能，由于這層膜使用的材料不與鋁、鋅等金屬溶液親和或發(fā)生反應(yīng)，所以能極大地改善壓鑄件的離模性能而不發(fā)生粘?，F(xiàn)象。例如某廠家一個鋁合金壓鑄件，產(chǎn)品質(zhì)量

6、要求很高，由于發(fā)生粘?，F(xiàn)象，不得不壓一個小時模具就得下來打磨一次，經(jīng)過表面處理后，模具八個小時才下來，而且清理起來非常容易。　　3.2高能等離子體表面涂層技術(shù)該技術(shù)是增加表面物理化學(xué)反應(yīng)，獲取特殊性能覆蓋層。其核心是更有效地增強和控制陰極電弧等離子體的產(chǎn)生和作用，美國、日本、德國大力發(fā)展該技術(shù)。等離子體增強電化學(xué)表面改性技術(shù)，是目前國際上較活躍的開發(fā)研究領(lǐng)域，對于鋁、鈦等材料，通過等離子體調(diào)光放電手段，增強電化學(xué)處理效果，在金屬表面上生成致密氧化鋁和其它氧化物陶瓷膜層，可使基體具有極高性能表面，是先進

7、制造工藝的前沿技術(shù)，在機加工用刀具和模具行業(yè)也有很了的應(yīng)用前景。3.3多元多層復(fù)合涂層技術(shù)單一的表面涂層不能滿足表面工程設(shè)計中苛刻的工況條件，任何表面處理均有其不同的優(yōu)缺點，因為利用不同涂層材料的性能優(yōu)點，在基體表面形成多元多層復(fù)合涂層（含萬分漸變的梯度層）具有重大的意義。國外已開展單層涂層厚度為納米級，層數(shù)在100層以上的多元多層復(fù)合涂層技術(shù)的研究，所制備的涂層具有較高的耐腐性、韌性和強度，和基體的結(jié)合強度也好，表面粗糙度低，這對直精高速工削機械加工十人有利。國外已列入主要發(fā)展方面，予計在納米級精細

8、涂層材料研究和應(yīng)用領(lǐng)域會有新的突破。因為復(fù)合涂層技術(shù)具有抗磨損、抗高溫氧化腐蝕、隔熱等功能，能擴大涂層制品使用范圍，延長使用壽命，是一項在下一世紀(jì)會得到迅速發(fā)展的技術(shù)。我國目前已開始研究，并取得初步成果，但還存在一些問題有待于解決。4模具PVD技術(shù)的應(yīng)用　　以模具上常用的4Cr5M0SiVl鋼為例，對如何獲得這種不被液態(tài)金屬潤濕的硬質(zhì)膜，ColoradoSchoolofMines(CSM)的D.Zhong和J.J.Moore等提出多層優(yōu)化涂膜的結(jié)構(gòu)是：①