表面處理技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用及發(fā)展前景探析

陳 奇

重慶萬(wàn)州技師學(xué)院

表面處理技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用及發(fā)展前景探析

陳 奇

重慶萬(wàn)州技師學(xué)院

模具材料是模具工業(yè)的基礎(chǔ)，隨著模具工業(yè)的發(fā)展，模具在工作中除了要求其基體材料具有足夠高的強(qiáng)度和韌性外，對(duì)模具材料綜合性能的要求越來(lái)越高，而表面處理技術(shù)不僅能夠提高模具表面的各種性能，而且能夠使模具內(nèi)部保持足夠的強(qiáng)韌性，這對(duì)于改善模具的綜合性能、節(jié)約合金元素、大幅度降低成本、充分發(fā)揮材料的潛力以及更好地利用模具新材料都是十分有效的。

表面處理技術(shù)；模具制造

1 模具表面的主要處理技術(shù)

1.1 硬化膜沉積技術(shù)

物理氣相沉積技術(shù)、化學(xué)氣相沉積(CVD)是目前較為成熟的硬化膜沉積技術(shù)。硬化膜沉積技術(shù)在最早出現(xiàn)的時(shí)候，通常都是應(yīng)用在刀具、量具等工具上，有著極佳的效果。并且，很多刀具都已經(jīng)將涂覆硬化膜當(dāng)做成最為標(biāo)準(zhǔn)的工藝。在目前的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，我們不難發(fā)現(xiàn)，硬化膜沉積技術(shù)的成本是較高的，尤其體現(xiàn)在設(shè)備的成本上。同時(shí)，硬化膜沉積技術(shù)依舊只應(yīng)用于一些較精密且具有長(zhǎng)壽命的模具上，如果通過(guò)建立熱處理中心的方式來(lái)對(duì)其應(yīng)用，必定會(huì)大大降低涂覆硬化膜的成本。顯然，在硬化膜沉積技術(shù)的應(yīng)用下，整個(gè)模具制造的水平將得到實(shí)質(zhì)性的提高。

1.2 滲氮技術(shù)

在整個(gè)滲氮工藝中，具有離子滲氮、液體滲氮、氣體滲氮等多種方式，而每一種不同的滲氮方式中都具有諸多不同的滲氮技術(shù)，這些不同的技術(shù)能夠有效的適應(yīng)不同工件、不同鋼種的實(shí)際要求。另外，由于滲氮技術(shù)能夠有效的形成性能較為優(yōu)良的表面，并且滲氮的溫度較低，在滲氮后并不需要激烈的冷卻，而模具的變形也很小，加之滲氮工藝和模具鋼淬火工藝之間具有良好的協(xié)調(diào)性。因此，在模具的制造過(guò)程中，滲氮技術(shù)不但是采用最早的表面處理技術(shù)，同時(shí)也是得到最廣泛應(yīng)用的表面處理技術(shù)。

1.3 滲碳技術(shù)

在提高模具整體強(qiáng)韌性的過(guò)程中，滲碳技術(shù)的應(yīng)用能夠很好的達(dá)到這樣的目的，也就是說(shuō)要使工作表面具有較高的強(qiáng)度以及較高的耐磨性。在一般情況下，應(yīng)該將較低級(jí)的材料進(jìn)行滲碳淬火處理，將其用來(lái)替代那些高級(jí)別的材料，以此來(lái)有效的降低模具的制造成本。

1.4 納米表面技術(shù)

在整個(gè)納米表面工程中，始終是將納米材料以及相應(yīng)的其他低維非平衡材料作為基礎(chǔ)的，然后通過(guò)特定的加工手段、技術(shù)來(lái)對(duì)固體的表面進(jìn)行超精細(xì)加工處理，從而有效的實(shí)現(xiàn)固體表面的改性、強(qiáng)化或賦予一定的新功能。具體而言，納米表面技術(shù)主要具有兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是納米結(jié)構(gòu)涂層的制作。在整個(gè)納米結(jié)構(gòu)涂層的制作中，最為有效的制作方法即是熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用。與其他的技術(shù)相比較，熱噴涂技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、涂層厚度變化范圍大、涂層和基體選擇范圍廣、容易形成復(fù)合涂層以及沉積速率快等優(yōu)越性。同時(shí)，與傳統(tǒng)的熱噴涂涂層相比較，納米結(jié)構(gòu)的涂層在韌性、強(qiáng)度、抗熱疲勞、抗腐蝕等多方面都有著較為明顯的改善；二是納米復(fù)合鍍層的制作。將一維納米質(zhì)點(diǎn)粉體材料或零維材料加入到傳統(tǒng)的電鍍液當(dāng)中，即能夠有效的形成納米復(fù)合鍍層。對(duì)于模具的制造而言，如果通過(guò)了納米復(fù)合鍍層，必然能夠讓其本身的精度長(zhǎng)久保持不變，而長(zhǎng)時(shí)間的使用鍍層，模具表面將長(zhǎng)時(shí)間的處于光滑的狀態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)任何裂紋，其壽命必定會(huì)得到有效的延長(zhǎng)。

1.5 稀土表面技術(shù)

通常采用化學(xué)熱處理、噴涂噴焊、氣相沉積、激光涂覆、電沉積等方法在模具型腔表面加入稀土元素。

①稀土元素對(duì)化學(xué)熱處理的影響主要表現(xiàn)為有顯著的催滲作用，大大優(yōu)化工藝過(guò)程；加入少量稀土化合物，滲層深度可以明顯增加，改善滲層的組織和性能。從而提高模具型腔表面的耐磨性、抗高溫氧化性的抗沖擊磨損性。②利用熱噴涂和噴焊技術(shù)，將稀土元素加入涂層，可取得良好的組織與性能，使模具型腔表面具有更高的硬度和耐磨性。③物理氣相沉積膜層性能的優(yōu)劣和膜與基體結(jié)合強(qiáng)度的大小密切相關(guān)，稀土元素的加入有利于改善膜與基體的結(jié)合強(qiáng)度，膜層表面致密度明顯增大。同時(shí)，加入稀土元素可以使膜層耐磨性能也得到明顯改善。④含稀土化合物的涂覆層，可大幅度提高模具金屬材料表面對(duì)激光輻照能量的吸收率，對(duì)降低能耗和生產(chǎn)成本，以及推廣激光表面處理技術(shù)都有重要意義。稀土涂覆層經(jīng)激光處理后，組織和性能發(fā)生明顯改善，涂覆層的硬度和耐磨性顯著提高，耐磨性是45鋼調(diào)質(zhì)的5～6倍。有研究發(fā)現(xiàn)，加入混合稀土化合物的效果優(yōu)于單一稀土化合物。⑤把稀土元素加入鍍層可采用電刷鍍、電鍍等電沉積方法。稀土元素的加入可使鍍層防氧鈍化壽命明顯提高，改善鍍層的減摩性能，提高抗腐蝕的能力。

2 模具表面處理技術(shù)的使用及展望

在模具中已經(jīng)廣泛的使用表面處理技術(shù)，這對(duì)有模具材料性質(zhì)不足帶來(lái)的缺陷具有較強(qiáng)的彌補(bǔ)性，大大提高了模具表面的抗摩擦能力以及脫模能力，提高了其生產(chǎn)的效率。另外，表面處理技術(shù)還可以應(yīng)用在模具的修復(fù)上，對(duì)模具表面的材料進(jìn)行修復(fù)，充分保證在修復(fù)之后模具表面的材料質(zhì)量，不僅可以提高模具表面的硬度，同時(shí)還提高了模具表面的耐磨性以及抗腐蝕性，提高了模具的使用壽命。

雖然表面處理技術(shù)應(yīng)用在模具表面處理上已經(jīng)非常成熟，在提高模具使用壽命和制品質(zhì)量上已經(jīng)有顯著的進(jìn)出和較大的經(jīng)濟(jì)效益，但與國(guó)外相比，我國(guó)在模具上使用的表面處理技術(shù)存在的差距較大。還需要進(jìn)一步提高模具處理中表面處理技術(shù)的使用，不斷創(chuàng)新其表面處理技術(shù)在模具中的應(yīng)用，才能進(jìn)一步降低其能源的消耗以及環(huán)境的污染。另外，由于表面處理技術(shù)和高合金化的模具材料相比已經(jīng)有所超越，簡(jiǎn)化其模具制造工藝以及熱處理工藝，讓模具的生產(chǎn)成本有所降低。

結(jié)語(yǔ)

相對(duì)于模具制造的總費(fèi)用來(lái)說(shuō)，表面處理技術(shù)成本較低，而模具壽命可提高幾倍甚至幾十倍，具有事半功倍之效。模具表面處理的方法很多，結(jié)合各種模具的工作條件及其使用的經(jīng)濟(jì)性等因素綜合考慮，正確運(yùn)用表面處理技術(shù)是提高模具壽命的一個(gè)行之有效的重要途徑。盡管表面技術(shù)特別是新型表面技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用還相對(duì)較少，但隨著表面工程技術(shù)的發(fā)展，表面處理技術(shù)在模具制造領(lǐng)域?qū)?huì)得到極其廣闊的應(yīng)用，必將使模具的選材和制造技術(shù)產(chǎn)生巨大的變化。

[1]張立杰.表面處理技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用[J].大眾科技，2010.

[2]朱祖武.表面處理技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用和發(fā)展[J].江西化工，2008.