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模具制造表面工程技術的進展

  模具材料是模具工業(yè)的基礎膏蚓,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玄柏,采用表面工程技術可在一定程度上彌補模具材料的不足÷埽可用于模具制造的表面工程技術十分廣泛肤频,既包括傳統(tǒng)的表面淬火技術、熱擴滲技術算墨、堆焊技術和電鍍硬鉻技術宵荒,又包括近20年來迅速發(fā)展起來的激光表面強化技術、物理氣相沉積技術净嘀、化學氣相沉積技術报咳、離子注入技術、熱噴涂技術挖藏、熱噴焊技術暑刃、復合電鍍技術、復合電刷鍍技術和化學鍍技術等膜眠。而稀土表面工程技術和納米表面工程技術的進展必將進一步推動模具制造的表面工程技術的發(fā)展岩臣。在此僅介紹稀土表面工程技術和納米表面工程技術。

  1宵膨、稀土表面工程技術

  表面工程技術中加入稀土元素通常采用化學熱處理庇启、噴涂噴焊丢墅、氣相沉積、激光涂覆盛媚、電沉積等方法莽简。

  (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)化工藝過程撤忆;加入少量稀土化合物铃越,滲層深度可以明顯增加,改善滲層組織和性能经馍。從而提高模具型腔表面的耐磨性切锈、抗高溫氧化性的抗沖擊磨損性。

  (2)利用熱噴涂和噴焊技術父绿,將稀土元素加入涂層尿旅,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畅廷。

  (3)物理氣相沉積膜層性能的優(yōu)劣和膜與基體結合強度大小密切相關捕阅,稀土元素的加入有利于改善膜與基體的結合強度,膜層表面致密度明顯增大麸塞。同時秃臣,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)哪工,使模具型腔表面呈現(xiàn)出高硬度奥此、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雁比。

  (4)含稀土化合物的涂覆層稚虎,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)成本偎捎,以及推廣激光表面工程技術都有重要意義蠢终。稀土涂覆層經(jīng)激光處理后,組織和性能發(fā)生明顯改善茴她,涂覆層的硬度和耐磨性顯著提高寻拂,耐磨性是45鋼調質的5~6倍。對加入CeO2的熱噴涂層進行激光重溶丈牢,研究發(fā)現(xiàn)合金化層的顯微組織明顯改變祭钉,晶粒得到細化。激光重熔加入稀土后的噴焊合金冒侧,稀土化合物質點在其中彌散強化硫缓,降低晶界能量抄刁,提高晶界的抗腐蝕性能阿赞,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。另外漩跋,有研究發(fā)現(xiàn)啃极,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阁檀、電鍍等電沉積方法粘榕。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SO2的作用羞喻,可以抑制Ni-Cu-P/MoS2電刷鍍鍍層中MoS2的氧化伴零,明顯改善了鍍層的減摩性能,提高了抗腐蝕的能力区膨,使模具型腔表面的耐磨壽命延長近5倍感桌。

  2、納米表面工程技術

  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馋袜,通過特定的加工技術男旗、加工手段,對固體表面進行強化欣鳖、改性察皇、超精細加工,或賦予表面新功能的系統(tǒng)工程泽台。納米表面工程技術是極具應用前景和市場潛力的什荣。

  (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點粉體材料可形成納米復合鍍層怀酷。用于模具的Cr-DNP納米復合鍍層溃睹,可使模具壽命延長、精度持久不變胰坟,長時間使用鍍層光滑無裂紋因篇。納米材料還可用于耐高溫的耐磨復合鍍層。如將n-ZrO2納米粉體材料加入Ni-W-B非晶態(tài)復合鍍層笔横,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倍竞滓,耐磨性和硬度也都明顯提高。采用Co-DNP納米復合鍍層要茴,在500℃以上瞧佃,與Ni基、Cr基Co基復合鍍層相比携侮,工件表面的高溫耐磨性能大為提高袭甲。在傳統(tǒng)的電刷鍍?nèi)芤褐校尤爰{米粉體材料姚继,也可制備出性能優(yōu)異的納米復合鍍層赊蚁。

  (2)制作納米結構涂層窟诈。熱噴涂技術是制作納米結構涂層的一種極有競爭力的方法。與其它技術相比某尘,它有許多優(yōu)越性:工藝簡單掏手、涂層和基體選擇范圍廣,涂層厚度變化范圍大厦鸠、沉積速率快丑凛,以及容易形成復合涂層等等。與傳統(tǒng)熱噴涂涂層相比塘坛,納米結構涂層在強度苗膝、韌性、抗蝕植旧、耐磨荚醒、熱障、抗熱疲勞等方面都有顯著改善隆嗅,且一種涂層可同時具有上述多種性能界阁。


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