提高模具耐用度的遠景方向是用離子注入法和爆炸噴涂法在模具工件元件上涂覆強化涂層辅及。本文就國內(nèi)外對這兩種涂覆法在模具上的應(yīng)用作一介紹串绩，以供參考聚凹。

　　1 離子注入法

　　離子注入（Ion implantatin)就是將工件放在離子機的真空靶室中，在幾十至幾百kV的電壓下抽诉，把所需元素的離子注入到工件表面陨簇，以改善模具工作元件的耐磨性的一種技術(shù)，我國從79年開始相繼進行離子注入的試驗形容迹淌，包括理論研究河绽、實驗室研究和工業(yè)性應(yīng)用試驗等。

　　近來唉窃，真空-等離子工藝的新方向-離子注入在國外亦不斷發(fā)展耙饰。離子注入過程是借助高能量的離子束將任意元素注入固體表面層內(nèi)（離子能量由若干kev至10Mev），最通常的離子注入可用來提高材料的耐磨性各耐蝕性纹份。離子注入是通過形成強化層提高材料的耐磨性卫殷，與基體是擴散聯(lián)接，無明顯分界面培幽。強化層的厚度顯著超過離子行程的深度（當(dāng)離子能量為0.1Mev時嗡沈，層厚0.1μm）。

　　同樣绎编，在真空中離子-等離子涂覆涂層是最有效過程蔑串，因獲得的層厚可用微米測量，且涂層是高強度演穗、高耐磨性柱涕、高硬度和高塑性的新材料。但是烘韩，獲得的涂層與基體是粘除聯(lián)接襟腹，而不是擴散聯(lián)接。

　　這樣室用，最有前景的方法是離子注入與離子-等離子涂覆工藝相結(jié)合摊哟。因此，真空離子-等離子涂覆工藝相結(jié)合添瓷。因此梅屉，真空離子-等離子涂覆法將演變成等離子化學(xué)注入法。它有下列主要優(yōu)點：1）深的氣體擴散（根據(jù)爐底板溫度鳞贷，可從0.005mm至0.3mm）坯汤。2）被蒸發(fā)的金屬可擴散到基體表面層內(nèi)（根據(jù)爐底板溫度，可從0.005mm至0.3mm）搀愧。3）在基體材料內(nèi)可獲得組織過渡層惰聂，從而可在其上涂覆給定性能和特殊性能的涂層。

　　研制等離子化學(xué)注入法的先決條件是下列原則咱筛。在利用真空離子-等離子法涂覆涂層時搓幌，當(dāng)“激活區(qū)”的面積恒定時熱流通功率可按下式確定：M=U基I

　　式中 U基——基準(zhǔn)電壓杆故；I——離子電流。

　　對表面狀態(tài)影響最大的是離子流的動能：W=（1/Z）ε

　　式中Z——平均放電倍數(shù)溉愁；ε——離子流的平均能量处铛。

　　將上述數(shù)值代入公式，并按公式計算后可確定拐揭，鉬離子的動能和熱流功率分別較鈦離子大3倍和1倍撤蟆。被蒸發(fā)金屬的離子化程度愈大，則離子流的密度愈大愧陈。

　　將熱處理后的Cr12MoV鋼試樣和經(jīng)鈦離子和鉻離子（其活化能分別為113.13kJ/mol和129.89kJ/mol）轟擊的同樣試樣登凿，進行靜彎曲比較試驗，結(jié)果表明在第二種情況激撮，不中斷真空過程姚不，而進行涂覆涂層。

　　離子-等離子涂覆工藝過程是一個多參數(shù)過程泉惋。其中每個參數(shù)（或者各種參數(shù)的結(jié)合）均影響到涂層的基本成分衷玩、組織和性能。分析離子等離子過程各參數(shù)間的定量關(guān)系扔缭，可定向改變上述這些性能盾倍，最終可控制被強化工件的工作能力。例如洗馅，僅改變一個參數(shù)如真空室內(nèi)的壓力膀钝，這時在沉積多層和單層氮化基礎(chǔ)課基涂層時可按氮化物數(shù)量改變相成分：在單層涂層內(nèi)鈦和氮化物的平均含量分別為15%和85%，在多層涂層內(nèi)分別為47%和54%赌羽。

　　單層涂層因厚度和硬度較大萎煤，故具有顯著的脆性，并可能由于工作時振動和沖擊而破壞领迈。多層涂層的強度特性符合金屬沖壓加工的條件彻磁，但帶這種涂層的模具其耐用度可能低于單層涂層的模具。因為多層涂層的單一硬度往往較單層涂層的耐磨層薄狸捅，并且配置在軟相上衷蜓。

　　因此，必須研制獲得較大密度的單層涂層尘喝。

　　為此目的磁浇，研究了當(dāng)真空室內(nèi)的壓力P不同時，涂層厚度與基準(zhǔn)電壓U基值的變化關(guān)系朽褪。已確定置吓，起初提高基準(zhǔn)電壓時，涂層厚度在真空室內(nèi)任意壓力下均被增大缔赠。并且當(dāng)U基=100～150V時其過到最大值衍锚。進一步提高基準(zhǔn)電壓時骑科，涂層厚度逐漸減小，且真空壓力P愈低构拳。例如，當(dāng)P=10-3Pa時祥喳，就是在U基=400V時未形成涂層耀奠，而當(dāng)U基>400V時將產(chǎn)生表面的濺射。類似過程還產(chǎn)生在P=10-2Pa和10-1Pa時貌硬。但是用堤，表面濺射產(chǎn)生在U基=670～700V時和U基>1600C時。

　　獲得的涂層厚度與基準(zhǔn)電壓和真空室內(nèi)壓力的關(guān)系嚣褐，可研制原理新的多層涂層涂覆工藝萌烁。變種涂層具有穩(wěn)定的特殊性能。用新法獲得的氮化鈦基涂層是由100個特薄硬度的交替層組成的結(jié)構(gòu)逸茅。涂層的化學(xué)成分由7～9%α-Ti和93～91%γ-Ti組成绎儡，6.18g/cm3，顯微硬度為37GPa左右详不。這種涂層被涂在模具的成形元件上可提高耐磨性1.1～1.4倍蚯氯。

　　這樣，離子注入與真空離子-等離子涂覆相結(jié)合妖救，將演變成等離子化學(xué)注入過程橄浓。它可提高模具成形元件的耐磨性、強度各耐蝕性亮航。

　　2 爆炸噴涂法

　　爆炸噴涂是50年代美國聯(lián)合碳合物公司（UCAR）發(fā)明的一項技術(shù)荸实。其特點是適用涂料成分范圍寬，涂層質(zhì)優(yōu)缴淋。爆炸噴涂是利用氣體爆燃產(chǎn)生的沖擊波能量進行噴涂的一種新技術(shù)准给。我國航空工業(yè)和其它工業(yè)部門研究單位對爆炸噴涂設(shè)備和工藝已有研究和應(yīng)用。北京長城鈦合金公司與烏克蘭科學(xué)院材料科學(xué)研究所合作宴猾，已在國內(nèi)國民經(jīng)濟各部門有了初步應(yīng)用圆存，并取得成功。如航空發(fā)動機葉片各其它零件仇哆，冶金工業(yè)中的各種軋輥等沦辙。

　　模具的工作元件一般由工具鋼T8、T10讹剔、rWMn油讯、Cr12MoV等制造。這些工具鋼的主要缺點是：在熱處理時表面野脫碳延欠，零件各截面的性能各向異性陌兑，形成白點的敏感性高却师，有回火脆性傾向，成本較高素司。大多數(shù)缺點可采用爆炸噴涂法噴涂模具成形元件的工作表面來克服程押。

　　制造模具工作元件的遠景材料是：優(yōu)質(zhì)碳素鋼45鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr押逾。必須指出果派，40Cr鋼具有白點形成敏感性，有回火脆性傾向眶洗，但這些缺點與高合金模具鋼相比明顯小蟀披。此外，由于40Cr鋼的淬透性較好堤网，故可保證在零件所有截面內(nèi)足夠高的機械特性巫碍。40Cr鋼的淬透性較好，故可保證在零件所有截面內(nèi)足夠高的機械特性贫肌。40Cr鋼和45Cr的耐磨性相當(dāng)?shù)唾鹘ⅲ赏ㄟ^爆炸噴涂法來提高。

　　在拉伸模上煤、彎曲模休玩、成形模的凹模內(nèi)，最危險處是所謂過拉刃口劫狠。這是由于高接觸應(yīng)力的作用（對含碳量0.06%的鋼將達300MPa）和在該載荷下金屬沿凹模表面移動（滑動）造成的拴疤。

　　在分離模工作元件的切削刃上引起的載荷，直接與被沖裁材料的強度及其厚有關(guān)独泞。計算表明：被沖裁材料的厚度約每增加0.25mm呐矾，凸模刃口上的應(yīng)力將增加（0.030.05)σs。這種情況顯著限制了爆炸噴涂法在強化分離模切削刃口上的應(yīng)用懦砂。

　　從模具工作表面上的作用載荷觀點蜒犯，確定了爆炸噴涂的涂層必須的特性：1）對拉伸模、彎曲模和成形模：硬度不低于50N荞膘，粘附強度不低于100MPa罚随，這時涂層的抗剪強度約為250MPa，從而大于切向應(yīng)力2倍以上羽资；涂層厚度為150～250μm淘菩，涂層應(yīng)耐磨，抗接觸疲勞性好魏蜒，滑動磨擦系數(shù)屑胍簟（0.15以下）。2）對分離模：涂層硬度不小于800N发凹，粘附強度不低于200MPa盘嘉，這時抗剪強度τ=500MPa冈柑，涂層厚度為200～300μm，涂層應(yīng)具有高耐磨性和耐機械沖擊性蹲京。

　　在所需工作特性的基礎(chǔ)了衔密，確定了最有前景的爆炸噴涂的涂層材料：

　　對拉伸、彎曲模和成形模是：Ni蚊牌、Cr苏蒿、B、NTi猬听、鈷鉻鎢鉬合金以及NiAl型金屬間化合物基材料。

　　分離模是：帶YG10患达、YG20金屬粘結(jié)劑的WC和Cr3C2型難熔碳化物基材料记令。

　　這些材料可保證最大的硬度值、粘附強度值习劫，且殘余應(yīng)力水平最小咆瘟，大多是壓應(yīng)力。

　　在修訂爆炸噴涂的規(guī)范時诽里，預(yù)先對噴射規(guī)范進行了優(yōu)化袒餐，并試驗性的選擇不同涂覆規(guī)范。作為優(yōu)化準(zhǔn)則是：涂層的粘附強度谤狡、硬度灸眼、一次噴出的層進厚和粉末利用系數(shù)。

　　分析爆炸噴涂的涂層試驗結(jié)果表明：1）所有試驗涂層的硬度均對模具提出的要求墓懂；2）粘附強度和疲勞強度較好的是：Ni焰宣、Cr、B捕仔、NTi基涂層匕积；3）當(dāng)載荷P=0.75Pmax時最小滑動磨擦系數(shù)的涂層是NiAl型金屬間化合物基涂層，而當(dāng)P=Pmax=300MPa時是Ni榜跌、Cr闪唆、B、NTi基涂層邪胳。

　　綜合評估使用性能表明擅很，在金屬涂層中最佳強化涂層是Ni、Cr彻芒、B赴仪、NTi基材料。采用爆炸噴涂法強化模具的工作元件尘晓，其工作表面的耐用度可提高0.5～1倍换橱，拉伸力可降低10%～15%邪慧，且可用廉價結(jié)構(gòu)替代昂貴的工具鋼。

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