1、第七章,模具表面處理技術,1,第一節(jié),模具表面處理概述,2,一、模具表面處理的意義,模具在現代生產中是生產各種工業(yè)產品的重要工藝裝備。隨著社會經濟的發(fā)展，特別是汽車、家電工業(yè)、航空航天的迅猛發(fā)展，對模具工業(yè)提出了更高的要求。如何提高模具的質量、使用壽命和降低生產成本成為當前迫切需要解決的問題。 模具在工作中除了要求基體具有足夠高的強度和韌性的合理配合外，其表面性能對模具的工作性能和使用壽命至關重要。模具性能的改善，單純依賴基體材料的改進和提高是非常有限的，也是不經濟的，而通過表面處理技術，往往可以收到事半功倍的效果，這也正是表面處理技術在模具生產中得到迅速發(fā)展的原因。,3,模具通過不同的表面處

2、理方法，可以只改變模具表層的化學成分、組織、性能，從而大幅度地改善和提高模具的表面性能。如硬度、耐磨性、摩擦性能、脫模性能、隔熱性能、耐腐蝕和高溫抗氧化性能、提高型腔表面抗擦傷能力、脫模能力、抗咬合性能等，數倍、甚至幾十倍地提高模具使用壽命。這對于提高模具質量，大幅度降低生產成本，提高生產效率和充分發(fā)揮模具材料的潛能都具有重大意義。,4,模具的表面處理技術，是通過表面涂覆、表面改性或復合處理技術，改變模具表面的形態(tài)、化學成分、組織結構和應力狀態(tài)，以獲得所需表面性能的系統(tǒng)工程。 在模具上使用的表面技術方法多達幾十種，主要可以歸納為化學表面處理法、物理表面處理法和表面覆層處理法。從表面處理的方式上

3、，又可分為：化學方法、物理方法、物理化學方法和機械方法。雖然提高模具表面性能新的處理技術不斷涌現，但在模具制造中應用較多的主要是滲氮、滲碳和硬化膜沉積技術。,5,第二節(jié),模具表面的化學熱處理技術,6,化學熱處理就是將鋼件置于一定活性介質中保溫，使一種或幾種活性原子滲入工件表層，從而改變表層的化學成分、組織和性能的熱處理工藝方法。 根據滲入的元素不同，化學熱處理方法可以分為：滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲鋁、滲釩等?；瘜W熱處理能有效提高模具表面的耐磨性、疲勞強度、耐蝕性和抗氧化性能等。 一、滲碳 滲碳就是將鋼件置于活性碳原子的介質中保溫，使碳原子滲入工件表層的熱處理工藝方法。,第二節(jié)模具表面的化

4、學熱處理技術,7,滲碳后在模具的表面形成一層1-2mm，含碳量為0.8%-1.05%滲碳層。再經過適當的淬火與回火處理，可提高模具表面的硬度、耐磨性及疲勞強度，使模具心部仍保持良好的韌性和塑性。因此滲碳主要用于同時受嚴重磨損和較大沖擊載荷的模具。由于滲碳溫度較高，滲后還需熱處理，模具變形較大，因此精度要求較高的模具不宜采用。 模具的滲碳工藝有固體滲碳、液體滲碳、氣體滲碳、真空滲碳、離子滲碳等。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,8,1、固體滲碳,固體滲碳是將工件置于木碳和催滲劑組成的滲碳劑的密封箱中（一般采用黃泥或耐火粘土密封）保溫，在滲碳溫度加熱保溫使碳原子滲入工件表面。 固體滲碳時，由于固體

5、滲碳劑的導熱系數很小，傳熱很慢，更由于滲碳箱尺寸往往又不相同，即使是尺寸相同，可是工件大小及裝箱情況（滲碳劑的密實度，工件間的距離等）也不全相同，因而滲碳加熱時間對滲層深度的影響往往不能完全確定。因此，在生產中常用試棒來檢查其滲碳效果。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,9,固體滲碳的優(yōu)缺點 固體滲碳可以在各種加熱爐中進行，簡單易行，但質量不易控制，滲碳速度慢，生產周期長，工人勞動條件差。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,10,2、氣體滲碳,氣體滲碳是工件在氣體介質中進行碳原子滲入工件表面的熱處理方法。 滲碳氣體以煤油、苯、丙酮或醋酸乙酯作為強滲劑，用甲醇、乙醇作為稀釋劑。這些液體滴入爐內后在高

6、溫下汽化、分解產生成分穩(wěn)定的滲碳氣體。,氣體滲碳爐,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,11,氣體滲碳的優(yōu)點 可以通過控制系統(tǒng)控制富化氣送入量或滲劑的滴入量，以改變爐氣的碳勢，從而控制零件表面的含碳量，滲碳速度比固體滲碳快，質量好。 氣體滲碳適用于大批量生產，易于控制質量和自動化，勞動條件好。,氣體滲碳裝爐示意圖,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,12,3、液體滲碳,把零件浸入含有活性碳原子的熔融鹽浴中進行滲碳的方法。 鹽浴的主要成分有氰化鈉、氯化鈉、碳酸鈉和氯化鋇等。各種鹽的成分可通過不同溫度加以調節(jié)。一般薄層滲碳多采用低溫（850900）、低濃度氰化物鹽?。ㄒ卜Q液體氰化或液體碳氮共滲）。深層滲碳

7、多采用較高溫度(900950),氰化物含量為616。 另一種是無氰液體滲碳，主要鹽浴成分是氯化鈉、氯化鉀和碳酸鈉，加上經過加工制作的滲碳劑：碳粉、碳化硅和尿素。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,13,4、離子滲碳,采用甲烷或其它滲碳氣體和氫氣的混合氣作為輝光放電的氣體介質，在滲碳溫度（例如930）下，利用輝光放電對工件表面進行離子滲碳。 離子滲碳比氣體滲碳方法快得多。離子滲碳后，應進行直接淬火，故在爐內應有直接冷卻裝置。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,14,5、真空滲碳,真空滲碳爐是將工件放置在真空爐內通過不斷的向爐內充入滲碳氣氛，使碳原子滲入工件表面。 與氣體滲碳相比真空滲碳溫度高（約11

8、00），滲碳速度快，質量好。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,15,雙室真空滲碳淬火爐,雙室真空滲碳淬火爐結構示意圖,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,16,二、滲氮,向金屬表面滲入氮元素的工藝稱為滲氮，通常也稱為氮化。 鋼滲氮后可以獲得比滲碳更高的表面硬度和耐磨性，滲氮后的表面硬度可以高達HV9501200(相當于HRC6572)，而且到600仍可維持相當高的硬度。滲氮還可獲得比滲碳更高的彎曲疲勞強度此外，由于滲氮溫度較低(500一570之間)，故變形很小滲氮也可以提高工件的抗腐蝕性能但是滲氮工藝過程較長，滲層也較薄，不能承受太大的接觸應力。目前主要應用于壓鑄模、擠壓模、冷作模具等.,第二節(jié)模

9、具表面的化學熱處理技術,17,滲氮的缺點 工藝復雜，成本高，氮化層薄。因而主要用于耐磨性及精度均要求很高的零件，或要求耐熱、耐磨及耐蝕的零件。例如精密機床絲杠、鏜床主軸、氣輪機閥門和閥桿、精密傳動齒輪和軸、發(fā)動機汽缸和排氣閥以及熱作模具等。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,18,1、氣體滲氮,氣體滲氮在密閉的滲氮罐內進行。工件放入用鎳鉻不銹、耐熱鋼等制成的滲氮罐內，用鉻礦砂等進行密封。通入經過干燥箱、流量計的氨氣，氨氣在380以上會分解出活性氮原子滲入工件表面，廢氣通過排氣管，泡泡瓶排出爐外。一般爐內要保持3050mm油柱的壓力。工件裝入滲氮罐，密封并在加熱爐內加熱同時，立即向滲氮罐內通入氨氣

10、。冷卻時應隨爐冷卻，至爐溫降至200以下，停氨，出爐，開箱。 氣體滲氮的特點 生產周期長、滲氮速度慢、效率低、費用高、對材料要求嚴。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,19,2、離子氮化,利用稀薄氣體的輝光放電現象加熱工件表面和電離化學熱處理介質，使之實現在金屬表面滲入欲滲元素的工藝稱為輝光放電離子化學熱處理，簡稱離子化學熱處理。因為在主要工作空間內是等離子體，故又稱等離子化學熱處理。在離子轟擊作用下，從陰極表面沖擊出鐵原子，與等離子區(qū)的氮離子及電子結合而成FeN此FeN被工件表面吸附，在離子轟擊作用下，逐漸分解為低價氮化物和氮原子，氮原子就向內部滲入及擴散。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,2

11、0,離子滲氮爐,離子滲氮爐結構示意圖,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,21,離子滲氮的特點,（1） 速度快 特別在滲氮時間較短時尤為突出。例如一般滲氮深度0.300.50mm，離子滲氮時間僅為普通氣體滲氮的1/3-1/5。 （2） 離子滲氮層組織結構可控。 （3） 離子滲氮層的韌性好，因此，大大擴大了離子滲氮的應用范圍不僅普通氣體滲氮所應用的鋼種能進行離子滲氮，還可應用于氮碳共滲（軟氮化）的工件。 （4）節(jié)能。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,22,滲氮層脆性的評定,脆性等級分成四級， I級不脆，壓痕完整無缺；級略脆，壓痕邊緣略有崩碎；級，脆，壓痕邊緣崩碎較大；級極脆，壓痕邊嚴重脆。通常I、級

12、為合格檢查時一般都用標準級別圖對照定級。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,23,應用,（1）Cr12MoV鋼制鋼板彈簧孔沖孔凹模，經氣體氮碳共滲和鹽浴滲釩處理后，可使模具壽命提高3倍。 （2）60Si2鋼制冷墩螺釘沖頭，采用預先滲氮、短時碳氮共滲、直接淬油、低溫淬火及較高溫度回火處理工藝，可改善心部韌性，提高冷墩沖頭壽命2倍以上。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,24,三、鋼的碳氮共滲,在鋼的表面同時滲入碳和氮的化學熱處理工藝稱為碳氮共滲。 目的 對低碳結構鋼、中碳結構鋼以及不銹鋼等，為了提高其表面硬度、耐磨性及疲勞強度，進行820850碳氮共滲。中碳調質鋼在570600溫度進行碳氮共滲，可提

13、高其耐磨性及疲勞強度，而高速鋼在550560碳氮共滲的目的是進一步提高其表面硬度、耐磨性及熱穩(wěn)定性。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,25,碳氮共滲的分類,（1）碳氮共滲 以滲碳為主，共滲溫度820-870，滲劑為煤油、苯、甲苯、丙酮等，同時通入氨氣，或使用尿素、甲酰胺等。材料一般為中、低碳鋼及合金鋼。 （2）氮碳共滲 以滲氮為主，共滲溫度550-570，滲劑為尿素、甲酰胺、三乙醇胺等。材料不受限制。 碳氮共滲已應用于壓鑄模、擠壓模、塑料模等。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,26,四、滲硼,滲硼是將鋼的表面滲入硼元素以獲得鐵的硼化物的熱處理工藝方法。 通過滲硼能顯著提高鋼件表面硬度(l400

14、2000HV)和耐磨性，以及具有良好的紅硬性及耐蝕性。 鋼的表面滲入硼后，由于硼在 -Fe中的溶解度很小，因此會形成硼化物Fe2B (硬度為l4001600HV) ，或FeB (硬度為l8002000HV) 。Fe2B脆性較小，一般呈梳齒狀楔入基體；FeB脆性較大，易剝落。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,27,滲硼方法,滲硼法有固體滲硼、液體滲硼及氣體滲硼。但由于氣體滲硼采用乙硼烷或三氯化硼氣體，前者不穩(wěn)定易爆炸，后者有毒，又容易分解，因此較少采用?，F在生產上采用的是粉末滲硼和鹽浴滲硼。 1、固體滲硼法 目前最常用的是用下列配方的粉末滲硼法：5KBF4+5B4C+90SiC+Mn-Fe。把這

15、些物質的粉末和勻裝入耐熱鋼板焊成的箱內，工件以一定的間隔(20一30mm)埋入滲劑內，蓋上箱蓋，在9001000的溫度保溫15小時后，出爐隨箱冷卻即可。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,28,滲劑中各部分的作用 B4C為硼的來源，KBF4是催滲劑，SiC是填充劑，Mn-Fe則起到使?jié)B劑滲后松散而不結塊的作用。一般滲硼后冷至室溫開箱時，滲劑松散，工件表面無結垢等現象，無需特殊清理。由于固體滲硼法無需特殊設備，操作簡單，工件表面清潔，已逐漸成為最有前途的滲硼方法。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,29,2、鹽浴滲硼,常用鹽浴成分有下列三種： (1) 60硼砂十40碳化硼或硼鐵；， (2) 5060

16、硼砂+4050S1C； (3) 45BaCI+45NaCI+10B4C或硼鐵。 鹽浴滲硼同樣具有設備簡單，滲層結構易于控制等優(yōu)點。但有鹽浴流動性差，工件粘鹽難以清理等缺點。一般鹽浴滲硼溫度采用9501000，滲硼時間根據滲層深度要求而定，一般不超過6小時。因為時間過長，不僅滲層增深緩慢，而且使?jié)B硼層脆性增加。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,30,滲硼后的熱處理,對心部強度要求較高的零件，滲硼后還需進行熱處理。由于FeB相、Fe2B相和基體的膨脹系數差別很大,加熱淬火時，硼化物不發(fā)生相變，但基體發(fā)生相變。因此滲硼層容易出現裂紋和崩落。這就要求盡可能采用緩和的冷卻方法，淬火后應及時進行回火。,第

17、二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,31,五、滲金屬,滲金屬方法和滲硼法相類似，根據所用滲劑聚集狀態(tài)不同，可分固體法、液體法及氣體法。 1、固體法滲金屬 最常用的是粉末包裝法，把工件、粉末狀的滲劑、催滲劑和防燒結劑共同裝箱、密封、加熱擴散而得。這種方法的優(yōu)點是操作簡單，無需特殊設備，小批生產應用較多，如滲鉻、滲釩等。缺點是產量低，勞動條件差，滲層有時不均勻，質量不易控制等。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,32,如固體滲鉻，滲劑為100200目鉻鐵粉(含Cr65)(4060)+NH4Cl(123)，其余為Al2O3, 滲鉻過程 當加熱至1050的滲鉻溫度時，氯化銨分解形成HCl，HCl與鉻鐵粉作用形

18、成CrCl2，在CrCl2遷移到工件表面時，分解出活性鉻原子Cr滲入工件表面。與此同時，氯與氫結合成HCI，HCI再至鉻鐵粉表面形成CrCl2，并重復前述過程而達到滲鉻目的。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,33,2、液體法滲金屬,分為兩種，一種是鹽浴法，一種是熱浸法。 目前最常用的鹽浴法滲金屬是TD法。它是在熔融的硼砂浴中加入被滲金屬粉末，工件在鹽浴中被加熱， 同時還進行滲金屬的過程。 以滲釩為例：把欲滲工件放人 (8085)Na2B4072015)釩鐵粉鹽浴中，在950保溫35小時，即可得到一定厚度(幾個微米到20微米)的滲釩層。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,34,TD覆層的主要特點,

19、（1）具有很高的表面硬度，可達HV28003200，遠高于氮化和鍍硬鉻等表面處理方法，因而具有極高的表面耐磨、抗拉傷和耐腐蝕等性能。 （2）由于表面覆層是通過金屬原子的擴散作用形成的，因此覆層與基體具有冶金結合，結合力較鍍硬鉻、PVD或PCVD的鍍層高得多，這一點對于成形類模具的應用極其重要。 （3）TD覆層厚度可達420mm，覆層致密光滑。 （4）具有極高的耐腐蝕性能。 （5）可以實現重復處理。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,35,缺點 是鹽浴有比重偏析，必須在滲入過程中不斷攪動鹽浴。另外，硼砂的PH值為9，有腐蝕作用，必須及時清洗工件。 適用材料 只要材料含有一定量的碳元素，如含碳量大于

20、0.3%的各類鋼鐵材料、硬質合金等，都可以在工件表面形成VC覆層。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,36,TD法可以解決的問題,（1）由粘著磨損所引起的模具與工件或工件與工件之間的拉傷、粘附問題，如各類鋼板或有色金屬的拉延、彎曲、翻邊、滾壓成形和壓鑄成形等模具或其他相互接觸并有相對運動的工件表面，采用TD覆層處理是目前解決此類問題最好的方法之一，并可以提高其使用壽命數倍至數十倍。 （2）由磨粒磨損、粘著磨損、摩擦氧化或其共同作用而引起的工件尺寸超差等問題，如沖裁、冷鐓、粉末冶金等模具或其他零配件，通過TD覆層處理后，可提高使用壽命數倍至數十倍。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,37,TD法的應

21、用,（1）汽車沖壓件成形模具 在高強度鋼板和厚料板的沖壓成形過程中，未經過表面處理的工件表面拉傷嚴重，有些甚至無法正常生產。經TD覆層處理后，一方面根本上解決了工件表面的拉傷問題，無須經常停機修磨模具，提高了生產效率，改善了產品的外觀。另一方面，模具壽命一般可以達數十萬件，并能確保沖壓件尺寸的一致性，有效提升產品質量。 （2）粉末冶金模具 被加工材料為磁鐵粉，原來模具材料Cr12，壽命24萬次，后改用Cr12MoV，并進行TD覆層處理，壽命達到2040萬次，壽命提高10倍以上。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,38,模具表面處理-TD覆層組織,模具表面處理-TD覆層圖,第二節(jié)模具表面的化學熱處

22、理技術,39,熱浸法滲金屬是較早應用的滲金屬工藝，典型的例子是滲鋁。其方法是：把滲鋁零件經過除油去銹后，浸入780土10熔融的鋁淬中經1560分鐘后取出，此時在零件表面附著一層高濃度鋁覆蓋層，然后在9501050溫度下保溫45小時進行擴散處理。為了防止零件在滲鋁時鐵的溶解，在鋁液中應加入10左右的鐵。鋁液溫度之所以如此選擇，主要考慮溫度過低時，鋁液流動性不好，且?guī)ё咪X液過多。溫度過高，鋁液表面氧化劇烈。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,40,3、氣體法滲金屬,一般在密封的罐中進行，把坩堝加熱至滲金屬溫度，被滲金屬的鹵化物氣體掠過工件表面時發(fā)生置換、還原、熱分解等反應，分解出的活性金屬原子滲入工

23、件表面。 以氣體滲鉻為例，其過程是：把干燥氫氣通過濃鹽酸得到HCl氣體后引入滲鉻罐，在罐的進氣口處放置鉻鐵粉。當HCl氣體通過高溫的鉻鐵粉時，制得了氯化亞鉻氣體。當生成的氯化亞鉻氣體掠過零件表面時，通過置換、還原、熱分解等反應，在零件表面沉積鉻，從而獲得滲鉻層。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,41,氣體滲鉻速度較快，但氫氣容易爆炸，氯化氫具有腐蝕性，故應注意安全。 滲金屬法的進一步發(fā)展是多元共滲，即在金屬表面同時滲入兩種或兩種以上的金屬元素，如鉻鋁共滲，鋁硅共滲等等。與此同時，還出現金屬元素與非金屬元素的兩種元素的共滲，如硼釩共滲，硼鋁共滲等。進行多元共滲的目的是兼取單一滲的長處，克服單一滲

24、的不足。例如硼釩共滲，可以兼取單一滲釩層的硬度高、韌性好和單一滲硼層層深較厚的優(yōu)點，克服了滲釩層較薄及滲硼層較脆的缺點，獲得了較好的綜合性能。,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,42,幾種化學熱處理工藝的比較,第二節(jié)模具表面的化學熱處理技術,43,第三節(jié),模具表面的涂鍍技術,44,一、電鍍,電鍍是指在直流電的作用下，電解液中的金屬離子還原沉積在零件的表面而形成一定性能的金屬鍍層的工藝過程。 電鍍的基本工藝流程： 磨光 拋光脫脂（去油） 水洗 除銹 水洗 電鍍 酸洗 堿洗 清洗 吹干 除氫 入庫。,45,常用的電鍍方法,鍍硬鉻、硬鎳是模具表面處理技術中的傳統(tǒng)技術，通過利用電化學的方法在模具工作面上

25、沉積薄層金屬或合金的一種濕式鍍覆。電鍍操作溫度低，模具發(fā)生變形較小，模具本身的性能幾乎不受影響，鍍層的摩擦系數低，顯微硬度可達800 HV，可以大大提高模具的耐磨性。但是，鍍層的孔隙較大，耐腐蝕性能不高，不適用于耐腐蝕性要求高的模具。同時，由于電鍍具有尖端效應，對于多孔、形狀復雜的模具也不適用。,46,鋼件鍍鉻工藝流程 除蠟 熱浸除油 電解除油 弱酸浸蝕 鍍銅 鍍鎳 鍍鉻。 鍍鉻的種類 裝飾性鍍鉻、鍍硬鉻、松孔鍍鉻。,47,二、電刷鍍,電刷鍍是在導電工件（或模具）表面需要鍍覆的表面快速沉積金屬層的工藝。 電刷鍍又稱為選擇電鍍、無槽鍍、涂鍍、筆鍍、擦鍍等。 它是電鍍的一種特殊方式，不用鍍槽，只需

26、在不斷供電解液的條件下，用一支鍍筆在工件表面上進行擦拭，即可獲得電鍍層。 刷鍍工藝簡單，沉積速度快，操作方便，鍍層質量和性能較好。易于現場操作，不受模具大小和形狀的限制，用在報廢模具和大模具的修復上經濟效益明顯。,48,電刷鍍的原理,電刷鍍的原理示意圖,49,鍍筆結構圖,不同形狀的陽極,鍍筆 鍍筆是電刷鍍的重要工具，主要由陽極、絕緣手柄和散熱裝置組成。,50,電刷鍍的特點,1、設備簡單，攜帶方便，不需要大的鍍槽設備。 2、工藝簡單，操作方便，凡鍍筆能觸及到的地方均可電鍍，特別適用于不解體機件的現場維修和野外搶修。 3、鍍層種類多，與基體材料的結合力強，力學性能好，能保證滿足各種維修性能的要求。

27、 4、沉積速度快，生產效率高。 5、刷鍍液不含氰化物和劇毒藥品，故操作安全，對環(huán)境污染小。 6、但電刷鍍勞動強度大，陽極包纏材料消耗大。,51,電刷鍍的應用,電刷鍍應用于熱作模具，可提高模具壽命50200，主要原因是刷鍍層有良好的紅硬性、耐磨性和抗氧化能力。 材料為3Cr2w8V的熱沖模刷鍍處理后表面硬度達750 HV，模具壽命提高13倍。 電刷鍍也可以大幅度提高冷作模具的壽命，這是因為刷鍍層有高的硬度和良好的抗粘著性能。如連桿蓋模3Cr2W8V經刷鍍處理后提高壽命545。,52,三、化學鍍,化學鍍是利用還原劑把電解質溶液中的金屬離子化學還原在呈活性催化的工件表面沉積出能與基體表面牢固結合的涂

28、鍍層。化學鍍不需外加電流。因此，化學鍍沒有電鍍中因為電力分布不均而造成的深鍍和分散能力差的問題。 化學鍍對于形狀復雜、多孔洞、有棱邊夾角的模具的處理最為有效，克服了電鍍的缺點與不足。 化學鍍可在工件表面形成單一金屬層（如鍍鎳）、合金鍍層（如Ni-P化學鍍）、復合鍍層和非晶態(tài)鍍層等。,53,化學鍍的應用,在汽車用鑄模、鋁模具上化學鍍鎳，不僅可以提高脫模效果，還可使模具的使用壽命提高50以上 ，且零部件的光潔度高。 如用45鋼加表面Ni-P化學鍍代替不銹鋼制作塑料型材擠出模，不但降低模具制造成本，而且可以提高模具壽命，由于鍍層改善了脫模性能，塑料成形周期縮短，型材表面質量顯著改善。,54,在生產應

29、用中對模具表面性能要求是多元的，因此單金屬的鍍層往往不能滿足質量要求，這些促使了復合鍍技術的發(fā)展?，F在復合鍍技術的實施主要借助于電鍍、刷鍍、化學鍍。 復合鍍后膜層質量和性能提高顯著，模具壽命更長。如在模具表面上復合電鍍NiwP、NIFeP、CoWP合金顯著提高了汽車模具的耐磨性和使用壽命。如NiPTFE、Al2O3；鍍層可提高抗蝕性能；NiWC、SiC、SiO2、SiO2鍍層可提高耐磨及抗蠕變性能；NiMo2鍍層可提高減磨自潤性能；NiCr鍍層可提高高溫強度。,55,第四節(jié),模具表面的氣相沉積技術,56,氣相沉積技術 是將含有沉積元素的氣相物質輸送到工件表面，在工件表面形成功能性或裝飾性的金屬

30、、非金屬或化合物涂層的工藝方法。 氣相沉積在工件表面覆蓋一層厚度為0.5-10um的過渡族元素（Ti,V,Cr,W,Nb等)的碳、氧、氮、硼化合物或單一的金屬及非金屬涂層。 按沉積的主要屬性可分為化學氣相沉積（CVD）和物理氣相沉積（PVD），等離子體被引入化學氣體沉積技術后，便形成等離子化學氣相沉積（PCVD）。,57,氣相沉積的特點,1、工件表面具有較高的硬度（如TiC的硬度為3200-4100HV，TiN的硬度為2450HV ），低的摩擦系數和自潤滑性； 2、高的熔點（ TiC的熔點為3160，TiN的熔點為2950 ），高的化學穩(wěn)定性及抗粘結能力； 3、高的耐腐蝕能力和抗高溫氧化能力。

31、,58,一、化學氣相沉積,化學氣相沉積是利用氣態(tài)物質在一定溫度在工件表面上進行化學反應，生成固態(tài)物質沉積在加熱的固態(tài)基體表面，形成固體沉積膜的的工藝技術。 化學氣相沉積通常稱為CVD（Chemical vapor deposition的簡稱）。 CVD技術是一種熱化學反應過程，是在特定的溫度下，對經過特別處理的零件（包括硬質合金和工具鋼）所進行的氣態(tài)化學反應，即利用含有膜層中各元素的揮發(fā)性化合物或單質蒸汽，在熱基體表面發(fā)生氣相化學反應，反應產物沉積形成涂層的一種表面處理技術。,59,CVD技術可用于各種金屬成形模具和擠壓模具。 一般情況下，經過處理的零件具有很好的耐磨性能、抗高溫氧化性能和耐腐

32、蝕性能。 CVD技術也被廣泛應用于各種硬質合金刀片和沖頭。但是，由于CVD是一個高溫過程，對于大多數的鋼質零件，在CVD涂層后要進行再次熱處理。 CVD技術的分類 按照沉積化學反應能量激活分，可分為熱CVD技術、等離子化學氣相沉積技術（PCVD）、激光輔助化學氣相沉積技術（LCVD）和金屬有機化合物沉積（MOCVD）等。,60,CVD技術特點,（1）涂層材料具有極高的韌性，硬度可高達HV25003800，抗氧化溫度可達900以上。 （2）可同時進行技術處理的工件數量大，可大幅提高模具制造效率。 （3） 繞鍍性好?？稍趶碗s形狀的基體上以及顆粒材料上鍍膜。適合涂覆各種復雜形狀的工件及帶有槽、溝、孔

33、，甚至是盲孔的工件。在高溫處理反應器內無需旋轉零件。 （4）無論是具有復雜幾何形狀或者有內孔的零件，都可以實現高度均勻的涂層厚度。,61,CVD技術的缺點,處理溫度較高，氣氛中含氯化氫多，如處理不當，易污染大氣。 為克服上述缺點，用氬氣作載體，發(fā)展中溫CVD法，處理溫度750850即可。此法在耐磨性、耐蝕性方面不亞于高溫CVD法。,62,模具表面處理-CVD技術,63,化學氣相沉積的應用,CVD處理的模具形狀不受任何限制。CVD可以在含碳量大于0.8%的工具鋼、滲碳鋼、高速鋼、軸承鋼、鑄鐵以及硬質合金等表面上進行。 氣相沉積TiC、TiN能應用于擠壓模、落料模和彎曲模，也適用于粉末成型模和塑料

34、模等。在金屬模具上涂覆TiC、TiN覆層的工藝，其覆層硬度高達3000HV，且耐磨性好、抗摩擦性能提高、沖模的使用壽命可提高14倍。其中CVD涂層技術具有更卓越的抗高溫氧化性能和強大的涂層結合力，在高速鋼切邊模、擠壓模上應用效果良好。,64,美國將CVD用于緊固件模具，提高壽命3一5倍；用CVD技術來沉積TiC和TiN于拉深凹模，提高壽命8倍。 目前模具表面處理中應用較多的是鋁型材擠壓模具和精密葉片熱鍛模具，經過處理后，有較好的耐磨性和抗疲勞性，使用壽命提高一倍，由原來2.5t的通料量提高到5t。現在CVD技術發(fā)展是以等離子體、電子束、激光束、離子束、微波等先進科學技術的成就為基礎，向著高效、

35、節(jié)能、控制高度自動化、精確化的方向發(fā)展。,65,二、物理氣相沉積,物理氣相沉積是用物理方法把欲涂覆的物質沉積在工件表面形成膜的過程。是指在真空條件下，采用低電壓、大電流的電弧放電技術，利用氣體放電使靶材蒸發(fā)并使被蒸發(fā)物質與氣體都發(fā)生電離，利用電場的加速作用，使被蒸發(fā)物質及其反應產物沉積在工件上。 物理氣相沉積通常稱為PVD（Physical vapor deposition的簡稱）。 物理氣相沉積技術，由于處理溫度低，熱畸變小，無公害，容易獲得超硬層，涂層均勻等特點，應用于精密模具表面強化處理，顯示出良好的應用效果。,66,物理氣相沉積適用范圍廣泛，幾乎所有材料的薄膜都可以用物理氣相沉積來制備

36、，但是薄膜厚度的均勻性是物理氣相沉積中的一個問題。 物理氣相沉積常用的方法 真空蒸鍍、濺射鍍膜和離子鍍。 采用PVD處理獲得的TiN層可保證將塑料模的使用壽命提高39倍，金屬壓力加工工具壽命提高359倍。螺釘頭部凸模采用TiN層壽命不長，易發(fā)生脫落現象。,67,PVD技術的發(fā)展,PVD技術出現于二十世紀七十年代末，制備的薄膜具有高硬度、低摩擦系數、很好的耐磨性和化學穩(wěn)定性等優(yōu)點。最初在高速鋼刀具領域的成功應用引起了世界各國制造業(yè)的高度重視，人們在開發(fā)高性能、高可靠性涂層設備的同時，也在硬質合金、陶瓷類刀具中進行了更加深入的涂層應用研究。 PVD技術不僅提高了薄膜與刀具基體材料的結合強度，涂層成分也由第一代的TiN發(fā)展為TiC、TiCN、ZrN、CrN、MoS2、TiAlN、TiAlCN、TiN-AlN等多元復合涂層。,68,與CVD工藝相比，PVD工藝處理溫度低，在600以下時對刀具材料的抗彎強度無影響；薄膜內部應力狀態(tài)為壓應力，更適于對硬質合金精密復雜刀具的