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表面工程技术在模具制造中的应用综述下

浏览数:893 发布于:2021-08-31

1热扩散技术
  热扩散技术是一种可以通过进行加热扩散的方式使金属或非金属元素电缆渗透到金属纳米材料或工件加工表面,从而能够形成一个表面合金层的技术。其突出特点是扩散层与基体通过形成合金结合,结合强度高,是电镀、喷涂、化学镀甚至物理气相沉积等其他涂覆方法无法比拟的。热浸渗常用的合金元素有碳、氮化硅、硼、铝、钒、钛、钨、铌、硫等。所有上述元素都不同文化程度地应用于企业各种模具型腔的表面进行强化。随着热扩散技术的不断发展,双重甚至多重共渗技术在模具表面强化中发挥着越来越重要的作用。对于不同的渗透元件或不同类型的模具,贾渗透过程也是不同的。本文介绍了几种在模具表面强化中有广泛应用的热浸渗工艺。渗碳技术具有渗碳速度快、渗碳层深、渗碳层硬度梯度和成分分析梯度信息容易通过控制、成本低的特点,可有效方法提高学习材料的表面硬度、耐磨性和室温疲劳设计强度。用于模具表面强化的渗碳工艺的第一个方面是中低碳钢的渗碳。渗碳适用于冷加工、热加工和塑料模具,可以延长模具的使用寿命。对于注塑模具,特别是在成型磨损有磨粒的型腔的塑料制品时,可以用20#钢进行粗加工,对型腔表面进行渗碳、光整和抛光,然后投入使用,不仅可以降低表面粗糙度,还可以相应提高模具的耐磨性。再比如3Cr2W8V钢的压铸模具,先渗碳,然后在1140C-1150C淬火,550C回火两次。表面硬度可达58-61HRC,使有色金属及其合金压铸模寿命延长1.8-3.0倍。   用于进行模具材料表面可以强化的渗碳处理工艺的第二个问题方面是“碳化物弥散沉淀渗碳”,简称为CD渗碳法。采用含有大量强碳化物形成元素(如Cr)的模具钢。钛、钼、钒)在渗碳气氛中加热。当碳原子从表面向内部扩散时,大量分散的合金碳化物会在渗碳层中沉淀,例如   (铬铁)7C3,(铁铬)3C,V4C3。碳化钛,从而实现光盘渗碳。在镉渗碳层中,渗碳层表面的碳含量(质量分数,下同)高达2%
  3%,弥散的碳化物含50%以上的星,碳化物细小均匀分布。Cd渗碳件经直接淬火或二次调质后,可获得较高的硬度和良好的耐磨性。CD渗碳的模芯中Cr12模具钢和高速钢中没有形成粗大的共晶碳化物和严重的碳化物元素偏析,因此其芯韧性比Cr12MoV钢高3-5倍。实践研究表明,CD渗碳模具的使用网络寿命可以大大提高超过Cr12冷加工模具钢和高速钢,占冷加工模具钢的第一消耗。
  渗碳各种模具时,主要的渗碳方法是近20年来发展迅速的固体粉末渗碳、气体渗碳、真空渗碳和离子渗碳。其中包括固体渗碳和气体渗碳应用到了广泛,但真空渗碳和离子渗碳技术企业由于渗碳速度快、渗碳层均匀、碳浓度梯度平缓、工件变形小等特点,在模具结构表面信息处理,尤其是精密模具表面数据处理过程中将学生发挥自己越来越具有重要的作用。
  1.2气体法低温热扩散
  气体基低温表面热扩散技术在模具表面强化处理中发挥着重要作用。它具有处理简单、扩散温度低的优点,能满足冷加工模具、热加工模具和塑料模具对型腔表面的各种要求。常用的扩散工艺有渗氮、软氮化(铁素体氮碳共渗)、氧氮化、硫氮化,甚至是硫碳氮、氧氮硫三重氮化等。
1热扩散技术
  热扩散技术是一种可以通过进行加热扩散的方式使金属或非金属元素电缆渗透到金属纳米材料或工件加工表面,从而能够形成一个表面合金层的技术。其突出特点是扩散层与基体通过形成合金结合,结合强度高,是电镀、喷涂、化学镀甚至物理气相沉积等其他涂覆方法无法比拟的。热浸渗常用的合金元素有碳、氮化硅、硼、铝、钒、钛、钨、铌、硫等。所有上述元素都不同文化程度地应用于企业各种模具型腔的表面进行强化。随着热扩散技术的不断发展,双重甚至多重共渗技术在模具表面强化中发挥着越来越重要的作用。对于不同的渗透元件或不同类型的模具,贾渗透过程也是不同的。本文介绍了几种在模具表面强化中有广泛应用的热浸渗工艺。渗碳技术具有渗碳速度快、渗碳层深、渗碳层硬度梯度和成分分析梯度信息容易通过控制、成本低的特点,可有效方法提高学习材料的表面硬度、耐磨性和室温疲劳设计强度。用于模具表面强化的渗碳工艺的第一个方面是中低碳钢的渗碳。渗碳适用于冷加工、热加工和塑料模具,可以延长模具的使用寿命。对于注塑模具,特别是在成型磨损有磨粒的型腔的塑料制品时,可以用20#钢进行粗加工,对型腔表面进行渗碳、光整和抛光,然后投入使用,不仅可以降低表面粗糙度,还可以相应提高模具的耐磨性。再比如3Cr2W8V钢的压铸模具,先渗碳,然后在1140C-1150C淬火,550C回火两次。表面硬度可达58-61HRC,使有色金属及其合金压铸模寿命延长1.8-3.0倍。   用于进行模具材料表面可以强化的渗碳处理工艺的第二个问题方面是“碳化物弥散沉淀渗碳”,简称为CD渗碳法。采用含有大量强碳化物形成元素(如Cr)的模具钢。钛、钼、钒)在渗碳气氛中加热。当碳原子从表面向内部扩散时,大量分散的合金碳化物会在渗碳层中沉淀,例如   (铬铁)7C3,(铁铬)3C,V4C3。碳化钛,从而实现光盘渗碳。在镉渗碳层中,渗碳层表面的碳含量(质量分数,下同)高达2%
  3%,弥散的碳化物含50%以上的星,碳化物细小均匀分布。Cd渗碳件经直接淬火或二次调质后,可获得较高的硬度和良好的耐磨性。CD渗碳的模芯中Cr12模具钢和高速钢中没有形成粗大的共晶碳化物和严重的碳化物元素偏析,因此其芯韧性比Cr12MoV钢高3-5倍。实践研究表明,CD渗碳模具的使用网络寿命可以大大提高超过Cr12冷加工模具钢和高速钢,占冷加工模具钢的第一消耗。
  渗碳各种模具时,主要的渗碳方法是近20年来发展迅速的固体粉末渗碳、气体渗碳、真空渗碳和离子渗碳。其中包括固体渗碳和气体渗碳应用到了广泛,但真空渗碳和离子渗碳技术企业由于渗碳速度快、渗碳层均匀、碳浓度梯度平缓、工件变形小等特点,在模具结构表面信息处理,尤其是精密模具表面数据处理过程中将学生发挥自己越来越具有重要的作用。
  1.2气体法低温热扩散


  气体基低温表面热扩散技术在模具表面强化处理中发挥着重要作用。它具有处理简单、扩散温度低的优点,能满足冷加工模具、热加工模具和塑料模具对型腔表面的各种要求。常用的扩散工艺有渗氮、软氮化(铁素体氮碳共渗)、氧氮化、硫氮化,甚至是硫碳氮、氧氮硫三重氮化等。

  1.2.1气体渗氮和离子渗氮工艺
  氢渗透到钢中的过程被称为钢的氢化或氮化。氨化层硬度高(950-1200HV),耐磨性、疲劳强度、红硬性和抗咬合性优于渗碳层。由于渗氮温度低(-一般为480-6009),工件进行变形影响很小,特别设计适合自己一些精密模具的表面可以强化。比如5209C-540C淬火回火渗氮后,3Cr2W8V钢的压铸模和挤压模的使用寿命比不渗氮的模具长2-3倍。再比如德国进口烫印模具的解剖分析,显示其表面有一层140m左右的氮化层。美国很多H13钢的压铸模具都要氮化,而不是二次回火。表面硬度高达65-70HRC,模芯硬度低,韧性好,具有优异的综合力学性能。
  气体氨化法是一种广泛的氨渗透工艺。离子进行氨化是为解决这些气体氨化处理过程中学习效率低、时间长的问题而开发的工艺,其特点是氨渗透发展速度快、渗透层成分和梯度信息容易实现控制、节能、省气、渗透层质量好、工作生活环境好。
1.2.2气体软氮化(铁素体氮碳共渗)
  软氮化是以尿素绳或氨裂解气为渗剂,在570左右加热钢件,同时将渗碳和氮原子扩展到钢中的过程。气体软氮化比气体氮化渗速快,成本低。提高了冷热模具钢的耐磨性、抗高温氧化性和粘结性。
  2热喷涂和喷焊技术
  2.1热喷涂技术
  热喷涂工艺技术是将喷涂施工材料进行加热到熔融或半熔融状态,用高速气流雾化可以加速,高速喷涂到工件加工表面,形成具有耐磨、耐腐蚀、耐高温氧化等特殊工作性能的涂层的表面涂装管理方法。根据加热喷涂材料的热源类型,主要有三种:气体法、电法和高能束加热法。由于热喷涂层不致密,与基体的结合强度低,很难起到强化模具表面的作用,于是产生了热喷涂焊接工艺,通过重熔涂层与基体形成冶金结合,降低孔隙率。
  2.2热喷焊技术
热喷焊工艺,尤其是氧Z乙炔火焰喷焊工艺简单,设备投资少,易于推广。广泛用于强化模具表面,提高耐腐蚀性、耐磨性和延长使用寿命,具有可观的经济效益。
  3气相沉积技术


  根据成膜机理,气相沉积技术可分为化学气相沉积和物理气相沉积(PVD)。
  3.1物理气相沉积
  在真空环境条件下,通过分析各种学习物理教学方法可以产生的原子或分子沉积在基底上,形成薄膜或涂层的过程我们称为物理气相沉积。根据物理沉积和机械沉积的不同,可以分为三种类型:真空蒸发(VE)、真空溅射(VS)和离子镀(IP)。其中,采用多弧离子镀方法涂覆的氮化钛和碳化钛耐磨涂层已广泛应用于模具的表面强化。3.2化学气相沉积
  化学气相沉积是一种表面技术,它利用薄膜层中含有各种元素的挥发性化合物或单质蒸汽在热衬底表面产生气相化学反应,反应产物形成沉积涂层。该技术在机械工业,特别是氮化物、碳化物、金刚石、类金刚石等超硬薄膜的沉积中发挥了巨大的作用。
  提高了模具等工件的耐磨性和耐腐蚀性。
  4复合电镀技术
  电镀层的应用主要在进行防腐和装饰设计方面。复合镀层的出现为企业解决高温腐蚀、高温工作强度和磨损问题提供了一种发展很有前途的方法。复合电镀企业可以通过制备各种耐磨涂层。例如,基体金属-金刚石颗粒复合涂层和镍-磷-碳化硅复合涂层在工具和模具表面使用时具有良好的耐磨性。近年来,为了提高复合涂层的耐磨性,采取了以下措施。
  (1)合金镀层,包括镍钴、镍锰、镍铁、镍磷镀层等。用来代替单一金属涂层,以大大提高模具表面的硬度。
  (2)采用硬铬层作为基体金属,耐磨性比纯铬层提高1- 3倍。
  (3)以聚四氟乙烯(PJFE)为共沉积以及颗粒可以制备的N-PJFE复合材料涂层常用于提高橡胶进行模具和注塑产品模具的脱模涂层。摩擦磨损试验机的试验结果表明,氮磷铁复合镀层的磨损量是硬铬镀层的1/10,是光亮氮镀层的1/50左右。
 
5复合电刷镀技术
  采用镍、钴、二氧化锆材料复合电刷镀液,处理后的模腔表面进行耐磨性可以大大发展提高,具有相对较高的硬度。该涂层表面理想,与车身结合力强,抛光后镜面效果好,成本低,适用范围广。针对热锻模具、冲压模具和注射模具材料消耗大、制造发展周期长、成本高的特点,复合刷镀不仅我们可以通过强化我国模具型腔表面,还可以提高修复模具型腔表面(属于再制造系统工程),从而达到延长模具设计寿命。如果在型腔表面刷0.01-0.02毫米的非晶涂层,使用寿命可延长20%-100%。
  化学镀技术
  化学镀具有很强的镀覆能力。由于没有外部电源,不受电流密度的影响,涂层可以均匀地沉积在复杂的模腔基底表面。特别是化学镀镍磷层的硬度可达1000HV,接近某些硬质合金的硬度,具有很高的耐磨性。毫无疑问,镍磷涂层将起到强化型腔表面的作用。据文献报道,化学镀镍磷镀层已用于锌压铸模、注射模等模具,对强化和延长模具使用寿命起到了很好的作用。
  7高能束技术进行激光束、离子束和电子束是三种研究高能束。由于它们的能量密度高,加热材料表面时加热速度极快,加热过程中整个衬底的温度基本不受影响。这样,形状、性能等。处理过的部分不会受到影响。因此,利用这三种高能梁对模具型腔进行表面改性越来越受到人们的重视。例如,通过研究使用不同激光材料以及表面可以强化信息技术(包括中国激光相变硬化(LTH)、激光表面合金化(LC)、激光表面熔覆(LSC)等。),可以在聚乙烯造粒模具上包覆C0包覆碳化钨或镍基合金涂层,可以获得致密的无孔包覆层,降低模具型腔的表面粗糙度,大大降低磨损。
8稀土表面工程技术
  稀土表面工程信息技术研究很少直接通过使用纯稀土金属,大多数企业使用稀土化合物。几种常见的化合物包括氧化铈、氧化镧、氟化镧、氧化铈、氧化铈、氧化钇和稀土硅铁等。在表面工程中,通常采用化学热处理、喷涂、电沉积、气相沉积和激光涂层来添加稀土元素电缆。稀土元素对化学热处理的影响主要表现为显著的渗透促进和工艺的极大优化;加入少量稀土化合物可明显增加渗层深度;改善渗层的结构和性能。从而提高了模具型腔表面的耐磨性、抗高温氧化性和抗冲击磨损性。   利用热喷涂和喷焊技术,在涂层中加入中国稀土金属元素,可以自己获得一个良好的组织和性能,使型腔表面形成具有相对较高的硬度和耐磨性。   物理气相沉积薄膜的性能与薄膜与基底的结合强度密切相关。稀土元素的加入可以提高薄膜和基材的结合强度,可显著提高薄膜的表面密度。同时,添加稀土元素电缆可以明显提高薄膜的耐磨性。比如在进行模具型腔表面涂覆超硬TIN膜(添加稀土金属元素),使模具材料表面可以呈现出高硬度、低摩擦影响系数和良好的化学结构稳定性,延长了模具的使用网络寿命。 含稀土化合物的涂层可以大大提高激光辐照能量在模具金属表面的吸收率,对降低能耗、降低生产成本、推广激光表面工程技术具有重要意义。激光处理后,稀土材料涂层的组织和性能可以明显得到改善,涂层的硬度和耐磨性方面明显有效提高,耐磨性是45#钢调质后的5-6倍。用氧化铈对热喷涂层进行激光重熔后,发现合金涂层的显微组织发生了明显变化,晶粒得到细化。用稀土对喷焊合金进行激光重熔后,稀土化合物颗粒在其中分散和强化,降低了晶界能,提高了晶界的耐蚀性,大大提高了模腔表面的耐磨性。有文献报道稀土元素电缆的耐磨性提高了1-4倍。此外,一些研究发现,混合稀土化合物的效果优于单一稀土化合物。电刷镀和电镀等电沉积方法可用于向涂层中添加稀土元素。稀土甘氨酸可以配合物的加入能明显时间延长使用涂层的抗氧钝化技术寿命;稀土金属元素能催化SO2的还原,抑制NI-Cu-P/MoS2刷镀涂层中MoS2的氧化,明显得到提高以及涂层的减摩性能,提高具有抗腐蚀能力,模具型腔表面材料耐磨产品寿命不断延长近5倍。   9纳米表面工程技术展望 纳米表面工程是以纳米材料等低维非平衡材料为基础,通过特定的加工技术和手段对固体表面进行强化、改性和超抛光或赋予表面新的功能的系统工程。由于它是基于具有许多特性的低维非平衡材料,它的研究和发展将产生许多具有机械、热声光、电学和磁学特性的低维、小尺寸和功能表面。与传统的表面进行工程企业相比,依赖于基底性质和功能的因素被削弱,表面信息处理、改性和加工的自由度可以增加,表面数据处理系统技术的作用将更加具有突出。低维材料在传统材料表面的生长和组装,以及低维材料对传统材料的超精加工是纳米表面工程的主要技术。纳米表面工程信息技术发展具有 *应用前景和市场经济潜力。据德国科技部统计,200年,材料进行表面形成纳米薄膜器件的组装和超精密机械加工企业市场环境容量接近6000亿美元。
  9.1纳米复合涂层的制备
  纳米复合镀层可以通过在传统电镀液中加入零维或一维纳米颗粒粉末材料来形成。模具用铬-DNP纳米复合涂层可延长模具寿命,保持精度不变,长期使用后涂层光滑无裂纹。纳米材料也可用于高温耐磨复合涂层。在Ni-W-B非晶复合镀层中加入n-ZrO2纳米粉体材料,可以通过提高以及镀层在550 ~ 8509的高温具有抗氧化性,镀层的耐蚀性提高2 ~ 3倍,耐磨性和硬度没有明显得到提高。与镍基铬基钴基复合涂层相比,涂层在5009Cl以上时,工件表面的高温耐磨性大大提高。在传统电刷镀液中加入纳米粉体材料,也可以制备出性能优异的纳米复合镀层。
  9.2纳米结构涂层的制造
  热喷涂技术是一种极具竞争力的纳米结构涂层制备方法。与其他技术企业相比,它具有中国工艺进行简单、涂层和基体选择使用范围广、涂层厚度变化范围大、沉积速度快、易于学生形成一个复合涂层等优点。与传统的热喷涂涂层相比,纳米结构涂层具有显著提高的强度、韧性、耐腐蚀性、耐磨性、热障性、抗热疲劳性等。并且一个涂层可以同时具有上述性能。
  10结束语
了解各种表面工程技术的特点是合理选择模具型腔表面处理技术的基础。模具表面改性处理技术的选择是一项非常复杂的工艺研究设计。设计师不仅要有领带
  扎实的材料专业知识,还要有失效分析、机械设计、模具设计等知识。同时还必须具有较强的优化设计和综合分析能力。另外,表面改性工艺的选择应考虑经济性原则,尽量选择满足性能要求和经济的方法。总之,工艺信息技术的选择我们必须从实际情况出发,以实际验证为标准。


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