模具表面超硬化處理.模具TD覆層處理

通過對模具進行表面處理特別是對模具進行表面超硬化處理是解決工件表面拉傷問題經(jīng)濟而有效的方法。表面處理方法有多種，比較常用的有：鍍層方面，有鍍硬鉻，化學(xué)鍍鎳磷，刷鍍特種合金等;化學(xué)熱處理方面有各類滲氮，滲硼，滲硫等;表面超硬化處理方面有化學(xué)氣相沉積(CVD)，物理氣相沉積(PVD)，物理化學(xué)氣相沉積(PVD)，TD覆層處理。

電鍍、化學(xué)鍍、刷鍍是通過電化學(xué)或化學(xué)反應(yīng)的方法，于工件表面形成合金鍍層，工藝不同，合金鍍層性能各異。就耐磨抗咬合用途，目前應(yīng)用較多的是鍍硬鉻、化學(xué)鍍鎳磷、刷鍍鎳鎢合金等。對于成型負(fù)荷較輕，或大型模具采用這些方法有時可以取得一定的效果。這類表面處理存在的問題是一方面由于表面硬化層的硬度相比而言較低，容易出現(xiàn)磨損，而鍍層一旦磨損，拉傷又會出現(xiàn);另一方面，也是好不足的一點是，鍍層與基體材料機械結(jié)合，在負(fù)荷較大的場合，有時使用幾次鍍層就會剝落，而鍍層一旦剝落，其功效也就失去。

化學(xué)熱處理是將工件放入含某種或某幾種化學(xué)元素的介質(zhì)中加熱保溫，通過工件與介質(zhì)的物理化學(xué)作用，這種或這幾種元素滲入工件表面，然后以適當(dāng)?shù)姆绞嚼鋮s，從而改變了工件表面的成分和組織結(jié)構(gòu)，并賦予工件不同的物理，化學(xué)和機械性能。化學(xué)熱處理的種類很多，根據(jù)所滲元素分類為：各種滲碳，各種滲氮，各種氮碳或碳氮共滲，滲硼，滲硫，滲鋁，滲鋅，滲其它各種金屬等。以耐磨，減摩，抗拉傷為目的的化學(xué)熱處理目前常用的是：滲碳，滲氮，滲硼，滲硫幾

采用合適的模具材料輔以氮化，滲硼等

   因此后續(xù)工序要求嚴(yán)格，稍有不慎，表面硬化層就會遭受破壞，嚴(yán)重制約了其在鋼模上的應(yīng)用，而主要應(yīng)用于硬質(zhì)合金等無相變的材料。此外，CVD處理過程中的排放物對環(huán)境污染較大。

   TD覆層處理是熱擴散法碳化物覆層處理Thermal Diffision Carbide Coating Process的簡稱，國內(nèi)又名熔鹽滲金屬，滲釩等，其原理是通過熱擴散作用于工件表面形成一層數(shù)微米至數(shù)十微米的碳化釩覆層。TD覆層處理的主要特點是：其一，覆層硬度高，HV可達(dá)3000左右，具有極高的耐磨，抗拉傷，耐蝕等性能;其二，由于是通過擴散形成的，所以覆層與基體具有冶金結(jié)合，這一點對在成型類模具上的應(yīng)用極其重要;其三，TD覆層處理后可以直接進行淬火，這一點特別適合于各類模具鋼材;其四，TD覆層處理可以重復(fù)進行。大量的實踐證明，在成型類模具上采用該技術(shù)具有其它表面處理無法比擬的使用效果，在一些場合具有比硬質(zhì)合金更好的效果。由于TD覆層處理技術(shù)的設(shè)備相對而言比較簡單，成本較低，無公害，目前該技術(shù)在日本、美國等國都已得到廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)七十年代即已開始研究該技術(shù)，

成型類模具加工工件時，模具與被加工材料表面相互接觸并相對滑動，組成一對接觸副或摩擦副。由于材料表面不可能是完全平整的，總存在可以測到的粗糙度，所以真正的接觸只發(fā)生在微觀接觸面上。分析表明，微觀真實接觸面積只是名義上的幾何接觸面積的一個小部分，由此微觀接觸面范圍內(nèi)產(chǎn)生很大的機械應(yīng)力，這些應(yīng)力由于切向相對運動還會加強，以致受到負(fù)荷作用的粗糙面凸峰發(fā)生彈性或彈塑性變形，這樣摩擦副雙方表面的吸附層或反應(yīng)層會遭到破壞，結(jié)果使暴露在表面的原子鍵聯(lián)結(jié)或多或少地得到加強，這種現(xiàn)象稱為粘著作用。當(dāng)磨擦副發(fā)生相對運動時，這種原子鍵又會相互脫開，原子鍵脫開并不一定都在原始微觀接觸處斷開，而有可能在磨擦副雙方表面層附近斷開，其結(jié)果是材料從磨擦副的一方轉(zhuǎn)移到磨擦副的另一方上去，這就是所謂的粘著磨損[1]。實驗證明，出現(xiàn)粘著磨損的磨擦副的表面非常粗糙，并有拉傷，其程度與法向力，磨擦副之間相對運動速度以及溫度等負(fù)荷參數(shù)有關(guān)。當(dāng)以上負(fù)荷參數(shù)超過了臨界值時，粘著磨損突然加劇，出現(xiàn)所謂膠合現(xiàn)象，極端情況摩擦副間的相對運動停止，出現(xiàn)咬死現(xiàn)象。由上分析可見，工件成型時表面出現(xiàn)拉傷或咬死現(xiàn)象就是粘著磨損所引起的結(jié)果。

要減少粘著磨損目前還缺乏統(tǒng)一的選擇判據(jù)，大多需要依靠經(jīng)驗知識來確定，以下是減少粘磨損所采取的一些基本措施。

1)盡量減少接觸副之間的負(fù)荷，包括機械與熱負(fù)荷;

 2)避免采用金屬配對副，而可采用陶瓷與陶瓷，塑料與塑料，塑料與金屬，陶瓷與金屬或塑料與陶瓷配對副來代替;

在模具方面，通過改變模具材料或?qū)δ＞哌M行表面處理，使被成型材料與模具這對接觸副性質(zhì)發(fā)生改變，實踐表明，這是解決拉傷問題經(jīng)濟而有效的方法，也是目前廣泛采用的方法。

陶瓷涂層指涂層材料為陶瓷的噴涂層。

陶瓷涂層有：高溫絕熱涂層、耐磨耐沖刷涂層、熱處理防護涂層、高溫潤滑涂層、原子能涂層

陶瓷涂層的特點：耐磨，耐蝕，防粘，高硬度，耐高溫，生物相容性好。

陶瓷涂層介紹

陶瓷涂層是覆蓋在基本表面的無機保護層或膜的總稱。它能改變基體表面的形貌、結(jié)構(gòu)及其化學(xué)組成，賦予基底材料新的性能(耐磨，耐蝕，防粘，高硬度，耐高溫，生物相容性好)。

組成：氧化物涂層、非氧化涂層、硅酸鹽系涂層、復(fù)合陶瓷涂層

工藝方法：熔燒涂層、噴涂涂層、氣相沉積涂層、電化學(xué)工藝圖層、溶膠一凝膠涂層、原位反應(yīng)涂層

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