表面處理技術(shù)對(duì)提高塑料模具壽命的影響

嚴(yán)金榮

摘 要：塑料模具在人們的生產(chǎn)生活中有著廣泛的應(yīng)用，因此提高塑料模具的使用壽命十分有必要。塑料模具的使用壽命，很大程度上由其表面性質(zhì)決定，因此通過(guò)表面處理技術(shù)能夠?qū)λ芰夏＞哌M(jìn)行強(qiáng)化，有效地提高塑料模具的使用壽命，本文就從表面擴(kuò)散化學(xué)熱處理技術(shù)、鍍層技術(shù)以及表面氣相沉積硬質(zhì)薄膜等方面介紹如何通過(guò)表面處理技術(shù)提高塑料模具的使用壽命。

關(guān)鍵詞：表面處理技術(shù)；塑料模具；使用壽命

中圖分類(lèi)號(hào)：TG76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.表面擴(kuò)散化學(xué)熱處理技術(shù)

所謂表面擴(kuò)散化學(xué)熱處理技術(shù)，其實(shí)就是將一種或者多種元素滲入到工件表面，從而改變表面的化學(xué)組成，進(jìn)而改變其性能的表面處理技術(shù)。這種技術(shù)一般是通過(guò)將工件保存在一定溫度下的活性介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)，目前常見(jiàn)的方法有滲碳法、滲氮法、碳氮共滲法以及碳氮共滲法。

1.1 滲碳法

滲碳法主要用于強(qiáng)化低碳鋼經(jīng)擠壓加工型腔塑膠模具，經(jīng)過(guò)滲碳處理后的塑料模具，會(huì)在其表面下1mm～2mm范圍內(nèi)形成一層碳層，碳層的含碳量約為1%左右。不過(guò)為了使?jié)B碳能夠改變塑料模具的表面性能，提升其表面的硬度、耐磨性等特征，還需要對(duì)其進(jìn)行淬火、回火的處理，從而使其發(fā)生相變強(qiáng)化，讓模具的壽命得以延長(zhǎng)。滲碳法的優(yōu)點(diǎn)在于其成本低，并且能夠?qū)B層成分梯度和硬度梯度進(jìn)行控制。但是由于在處理過(guò)程中需要較高的溫度，使得模具會(huì)產(chǎn)生比較大的形變，所以一般只能應(yīng)用于精確度要求不太高的模具處理中。

1.2 滲氮法

滲氮法是使氮滲入到模具表面，與滲碳法相比，其所需要的溫度相對(duì)較低，因此可以應(yīng)用于高精度要求的模具之中。模具滲氮之后，在表面強(qiáng)度、耐磨性以及抗咬合性方面都有明顯的提升，并且優(yōu)于滲碳的效果。滲氮的工藝有很多種，其中離子滲氮工藝應(yīng)用最為廣泛，相對(duì)于普通的滲氮工藝，離子滲氮具有滲速快，不易產(chǎn)生剝落和滲層硬度分布平緩等優(yōu)點(diǎn)。離子滲氮也存在一些不足，在應(yīng)用于形狀復(fù)雜的模具時(shí)，會(huì)出現(xiàn)難以加熱均勻的狀況，并且滲層較淺。

1.3 碳氮共滲法和氮碳共滲法

氮碳共滲和碳氮共滲的一致性在于它們都是將氮和碳兩種元素一起滲入到模具之中，區(qū)別在于條件不同，使?jié)B入到模具中的碳和氮的比例不同。碳氮共滲所需溫度較高（820℃～860℃），滲入的碳占大多數(shù)。這種滲入方式需要在氮碳兩種元素一起滲入之后進(jìn)行淬火，這樣能夠很好地對(duì)模具表面進(jìn)行強(qiáng)化。并且這種方法相較于滲碳，所需溫度較低，模具產(chǎn)生的形變也更小。氮碳共滲所需溫度較低（570℃左右），滲入的氮占大多數(shù)。這種方式所需溫度低，對(duì)模具造成的形變小，可以用于強(qiáng)化高精確度的模具。這種方法能夠大大增強(qiáng)模具表面硬度，并提升模具的耐磨、抗咬合以及抗腐蝕等能力。

1.4 以滲碳法為例介紹表面擴(kuò)散化學(xué)熱處理技術(shù)的工藝過(guò)程

滲碳法是表面擴(kuò)散化學(xué)熱處理技術(shù)中的一種常用的處理方法，下面對(duì)其處理塑料模具的工藝進(jìn)行介紹。滲碳法一般將塑料模具在900℃左右進(jìn)行滲碳處理，處理的時(shí)間大概為5h～10h，但是具體的保存時(shí)間要根據(jù)對(duì)滲層厚度的要求來(lái)確定，需要靈活選擇。滲碳法一般采取分級(jí)的滲碳工藝，這樣能夠達(dá)到最好的滲碳效果。第一階段，采取較高溫度（900℃～920℃）使碳快速的滲入到模具表面，第二階段則使用中溫（820℃～840℃），這一階段的主要目的是增加碳層的厚度，利用這樣的方式可以使模具內(nèi)的碳層具有均勻合理的濃度分布，也有利于后續(xù)淬火操作的進(jìn)行。滲碳后需要對(duì)模具進(jìn)行淬火處理，對(duì)滲碳后的模具進(jìn)行淬火處理的主要方法有：重新加熱淬火、分級(jí)滲碳直接淬火、滲碳后空冷淬火以及中溫碳氮共滲后直接淬火等。

2.鍍層技術(shù)

鍍層技術(shù)也是比較常見(jiàn)的延長(zhǎng)塑料模具使用壽命的方法，主要包括電鍍、刷鍍、化學(xué)鍍Ni-P以及復(fù)合鍍等方式。電鍍一般是電鍍硬鉻和硬鎳，其原理是利用電化學(xué)的方法使金屬薄層沉積在塑料模具表面。這種方法的優(yōu)勢(shì)在于其在室溫下進(jìn)行，不會(huì)造成模具的形變，并且具有很好的耐磨性能和硬度，缺點(diǎn)是不耐腐蝕，不能用于需要高抗腐蝕性的模具。刷鍍是一種能夠使金屬工件局部快速沉積的新技術(shù)，其最顯著的特點(diǎn)是沉積的速度很快。并且需要的條件簡(jiǎn)單，在常溫?zé)o槽的條件下就可以進(jìn)行。刷鍍鍍積速度快是由于鍍筆和工件之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而使其能夠使用較大的電流密度，并且刷鍍的鍍液擁有比較高的金屬離子含量。刷鍍的優(yōu)點(diǎn)在于其工藝簡(jiǎn)單，并且擁有良好的鍍層質(zhì)量和性能，能夠有效地提高磨具的耐腐蝕性，耐磨性，進(jìn)而延長(zhǎng)模具的使用時(shí)間。這種方法可以用于野外作業(yè)，并且在形狀復(fù)雜的模具上也能發(fā)揮很高的效果。

化學(xué)鍍Ni-P是一種通過(guò)氧化還原的方式，用次亞酸鹽將鎳鹽還原，并且使Ni和還原劑中的P同時(shí)析出，最終Ni和P共同沉積在鍍件表面。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于鍍層具有很高的化學(xué)抗腐蝕性，在常溫下可以防止鹽酸、有機(jī)酸等酸性介質(zhì)的腐蝕。這種操作方法也比較簡(jiǎn)單，并且可以被應(yīng)用于各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模具上。復(fù)合鍍其實(shí)是在電鍍和化學(xué)鍍的基礎(chǔ)之上衍生而來(lái)的，這種方法出現(xiàn)的主要目的是滿足鍍件同時(shí)需要多種性能的要求，其操作方法是在鍍液中加入化合物或者金屬的細(xì)微顆粒，使這些顆粒能夠和鍍層共同沉積，從而形成比較均勻的復(fù)合鍍層。目前，復(fù)合鍍具有比較好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

結(jié)論

通過(guò)表面處理技術(shù)處理塑料模具，可以有效地延長(zhǎng)塑料模具的使用壽命，對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)成本的降低以及節(jié)約資源都有很重要的作用。目前，很多種表面處理技術(shù)被應(yīng)用于提高塑料模具的使用時(shí)間，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，還將會(huì)出現(xiàn)許多新的方法，例如離子注入技術(shù)、納米和稀土復(fù)合鍍層以及復(fù)合表面技術(shù)等都在研究之中，未來(lái)將會(huì)在延長(zhǎng)塑料模具的使用壽命上發(fā)揮重要作用。

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