模具制造表面工程技術(shù)的進展
模具材料是模具工業(yè)的基礎(chǔ),但即使是新型模具材料仍難以滿足模具的較高綜合性能的要求,采用表面工程技術(shù)可在一定程度上彌補模具材料的不足??捎糜谀>咧圃斓谋砻婀こ碳夹g(shù)十分廣泛,既包括傳統(tǒng)的表面淬火技術(shù)、熱擴滲技術(shù)、堆焊技術(shù)和電鍍硬鉻技術(shù),又包括近20年來迅速發(fā)展起來的激光表面強化技術(shù)、物理氣相沉積技術(shù)、化學氣相沉積技術(shù)、離子注入技術(shù)、熱噴涂技術(shù)、熱噴焊技術(shù)、復合電鍍技術(shù)、復合電刷鍍技術(shù)和化學鍍技術(shù)等。而稀土表面工程技術(shù)和納米表面工程技術(shù)的進展必將進一步推動模具制造的表面工程技術(shù)的發(fā)展。在此僅介紹稀土表面工程技術(shù)和納米表面工程技術(shù)。
1、稀土表面工程技術(shù)
表面工程技術(shù)中加入稀土元素通常采用化學熱處理、噴涂噴焊、氣相沉積、激光涂覆、電沉積等方法。
(1)稀土元素對化學熱處理的影響主要表現(xiàn)為有顯著的催滲作用,大大優(yōu)化工藝過程;加入少量稀土化合物,滲層深度可以明顯增加,改善滲層組織和性能。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)合強度大小密切相關(guān),稀土元素的加入有利于改善膜與基體的結(jié)合強度,膜層表面致密度明顯增大。同時,加入稀土元素可以使膜層耐磨性能也得到明顯改善,例如應用于模具表現(xiàn)的超硬TiN膜(加入稀土元素),使模具型腔表面呈現(xiàn)出高硬度、低摩擦系數(shù)和良好的化學穩(wěn)定性,提高了模具的使用壽命。
(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激光輻照能量的吸收率,對降低能耗和生產(chǎn)成本,以及推廣激光表面工程技術(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。對加入CeO2的熱噴涂層進行激光重溶,研究發(fā)現(xiàn)合金化層的顯微組織明顯改變,晶粒得到細化。激光重熔加入稀土后的噴焊合金,稀土化合物質(zhì)點在其中彌散強化,降低晶界能量,提高晶界的抗腐蝕性能,模具型腔表面的耐磨性也大大增強,有的文獻報道稀土元素提高了耐磨性達1~4倍。另外,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。稀土甘氮酸配合物的加入使鍍層防氧鈍化壽命明顯提高;稀土元素有催化還原SO2的作用,可以抑制Ni-Cu-P/MoS2電刷鍍鍍層中MoS2的氧化,明顯改善了鍍層的減摩性能,提高了抗腐蝕的能力,使模具型腔表面的耐磨壽命延長近5倍。
2、納米表面工程技術(shù)
納米表面工程是以納米材料和其它低維非平衡材料為基礎(chǔ),通過特定的加工技術(shù)、加工手段,對固體表面進行強化、改性、超精細加工,或賦予表面新功能的系統(tǒng)工程。納米表面工程技術(shù)是極具應用前景和市場潛力的。
(1)制作納米復合鍍層。在傳統(tǒng)的電鍍液中加入零維或一維納米質(zhì)點粉體材料可形成納米復合鍍層。用于模具的Cr-DNP納米復合鍍層,可使模具壽命延長、精度持久不變,長時間使用鍍層光滑無裂紋。納米材料還可用于耐高溫的耐磨復合鍍層。如將n-ZrO2納米粉體材料加入Ni-W-B非晶態(tài)復合鍍層,可提高鍍層在550-850℃的高溫抗氧化性能使鍍層的耐蝕性提高2~3倍,耐磨性和硬度也都明顯提高。采用Co-DNP納米復合鍍層,在500℃以上,與Ni基、Cr基Co基復合鍍層相比,工件表面的高溫耐磨性能大為提高。在傳統(tǒng)的電刷鍍?nèi)芤褐?,加入納米粉體材料,也可制備出性能優(yōu)異的納米復合鍍層。
(2)制作納米結(jié)構(gòu)涂層。熱噴涂技術(shù)是制作納米結(jié)構(gòu)涂層的一種極有競爭力的方法。與其它技術(shù)相比,它有許多優(yōu)越性:工藝簡單、涂層和基體選擇范圍廣,涂層厚度變化范圍大、沉積速率快,以及容易形成復合涂層等等。與傳統(tǒng)熱噴涂涂層相比,納米結(jié)構(gòu)涂層在強度、韌性、抗蝕、耐磨、熱障、抗熱疲勞等方面都有顯著改善,且一種涂層可同時具有上述多種性能。
轉(zhuǎn)載請注明出處。