提高模具耐用度的遠(yuǎn)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(qiáng)化涂層。本文就國內(nèi)外對這兩種涂覆法在模具上的應(yīng)用作一介紹默在，以供參考影晋。

　　1 離子注入法

　　離子注入（Ion implantatin)就是將工件放在離子機(jī)的真空靶室中，在幾十至幾百kV的電壓下舒贼，把所需元素的離子注入到工件表面丰吐，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(jìn)行離子注入的試驗(yàn)形容琳钉，包括理論研究势木、實(shí)驗(yàn)室研究和工業(yè)性應(yīng)用試驗(yàn)等。

　　近來歌懒，真空-等離子工藝的新方向-離子注入在國外亦不斷發(fā)展啦桌。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及皂。離子注入是通過形成強(qiáng)化層提高材料的耐磨性甫男，與基體是擴(kuò)散聯(lián)接，無明顯分界面躲庄。強(qiáng)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(shí)查剖，層厚0.1μm）。

　　同樣噪窘，在真空中離子-等離子涂覆涂層是最有效過程笋庄，因獲得的層厚可用微米測量，且涂層是高強(qiáng)度倔监、高耐磨性直砂、高硬度和高塑性的新材料。但是，獲得的涂層與基體是粘除聯(lián)接蜀梢，而不是擴(kuò)散聯(lián)接傻当。

　　這樣，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)合颗用。因此堤型，真空離子-等離子涂覆工藝相結(jié)合。因此类繁，真空離子-等離子涂覆法將演變成等離子化學(xué)注入法教物。它有下列主要優(yōu)點(diǎn)：1）深的氣體擴(kuò)散（根據(jù)爐底板溫度，可從0.005mm至0.3mm）撞浪。2）被蒸發(fā)的金屬可擴(kuò)散到基體表面層內(nèi)（根據(jù)爐底板溫度糊争，可從0.005mm至0.3mm）。3）在基體材料內(nèi)可獲得組織過渡層炭央，從而可在其上涂覆給定性能和特殊性能的涂層婴鞭。

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

　　式中 U基——基準(zhǔn)電壓未斑；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)适掰；ε——離子流的平均能量颂碧。

　　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，進(jìn)行靜彎曲比較試驗(yàn)类浪，結(jié)果表明在第二種情況，不中斷真空過程肌似，而進(jìn)行涂覆涂層费就。

　　離子-等離子涂覆工藝過程是一個多參數(shù)過程。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川队、組織和性能力细。分析離子等離子過程各參數(shù)間的定量關(guān)系，可定向改變上述這些性能固额，最終可控制被強(qiáng)化工件的工作能力眠蚂。例如，僅改變一個參數(shù)如真空室內(nèi)的壓力斗躏，這時(shí)在沉積多層和單層氮化基礎(chǔ)課基涂層時(shí)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%逝慧，在多層涂層內(nèi)分別為47%和54%。

　　單層涂層因厚度和硬度較大父森，故具有顯著的脆性保跨，并可能由于工作時(shí)振動和沖擊而破壞。多層涂層的強(qiáng)度特性符合金屬沖壓加工的條件，但帶這種涂層的模具其耐用度可能低于單層涂層的模具强媚。因?yàn)槎鄬油繉拥膯我挥捕韧^單層涂層的耐磨層薄断迁，并且配置在軟相上。

　　因此捞幅，必須研制獲得較大密度的單層涂層迎硼。

　　為此目的，研究了當(dāng)真空室內(nèi)的壓力P不同時(shí)闲窃，涂層厚度與基準(zhǔn)電壓U基值的變化關(guān)系古贡。已確定，起初提高基準(zhǔn)電壓時(shí)拾点，涂層厚度在真空室內(nèi)任意壓力下均被增大签党。并且當(dāng)U基=100～150V時(shí)其過到最大值。進(jìn)一步提高基準(zhǔn)電壓時(shí)勃痴，涂層厚度逐漸減小谒所，且真空壓力P愈低。例如沛申，當(dāng)P=10-3Pa時(shí)劣领，就是在U基=400V時(shí)未形成涂層，而當(dāng)U基>400V時(shí)將產(chǎn)生表面的濺射铁材。類似過程還產(chǎn)生在P=10-2Pa和10-1Pa時(shí)尖淘。但是，表面濺射產(chǎn)生在U基=670～700V時(shí)和U基>1600C時(shí)著觉。

　　獲得的涂層厚度與基準(zhǔn)電壓和真空室內(nèi)壓力的關(guān)系村生，可研制原理新的多層涂層涂覆工藝。變種涂層具有穩(wěn)定的特殊性能饼丘。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)趁桃。涂層的化學(xué)成分由7～9%α-Ti和93～91%γ-Ti組成，6.18g/cm3肄鸽，顯微硬度為37GPa左右卫病。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。

　　這樣啄灭，離子注入與真空離子-等離子涂覆相結(jié)合膏娃，將演變成等離子化學(xué)注入過程。它可提高模具成形元件的耐磨性囊喜、強(qiáng)度各耐蝕性蚜再。

　　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(xiàng)技術(shù)。其特點(diǎn)是適用涂料成分范圍寬间皮，涂層質(zhì)優(yōu)采璧。爆炸噴涂是利用氣體爆燃產(chǎn)生的沖擊波能量進(jìn)行噴涂的一種新技術(shù)琼葫。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)研究所合作馋顶，已在國內(nèi)國民經(jīng)濟(jì)各部門有了初步應(yīng)用蚯巍，并取得成功。如航空發(fā)動機(jī)葉片各其它零件麻彬，冶金工業(yè)中的各種軋輥等浅涛。

　　模具的工作元件一般由工具鋼T8、T10窍各、rWMn恤锣、Cr12MoV等制造。這些工具鋼的主要缺點(diǎn)是：在熱處理時(shí)表面野脫碳全封，零件各截面的性能各向異性马昙，形成白點(diǎn)的敏感性高，有回火脆性傾向刹悴，成本較高行楞。大多數(shù)缺點(diǎn)可采用爆炸噴涂法噴涂模具成形元件的工作表面來克服。

　　制造模具工作元件的遠(yuǎn)景材料是：優(yōu)質(zhì)碳素鋼45鋼土匀、低合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr子房。必須指出，40Cr鋼具有白點(diǎn)形成敏感性就轧，有回火脆性傾向证杭，但這些缺點(diǎn)與高合金模具鋼相比明顯小。此外妒御，由于40Cr鋼的淬透性較好解愤，故可保證在零件所有截面內(nèi)足夠高的機(jī)械特性。40Cr鋼的淬透性較好携丁，故可保證在零件所有截面內(nèi)足夠高的機(jī)械特性琢歇。40Cr鋼和45Cr的耐磨性相當(dāng)?shù)停赏ㄟ^爆炸噴涂法來提高拿详。

　　在拉伸模、彎曲模篡前、成形模的凹模內(nèi)户克，最危險(xiǎn)處是所謂過拉刃口。這是由于高接觸應(yīng)力的作用（對含碳量0.06%的鋼將達(dá)300MPa）和在該載荷下金屬沿凹模表面移動（滑動）造成的泡愉。

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

　　從模具工作表面上的作用載荷觀點(diǎn)，確定了爆炸噴涂的涂層必須的特性：1）對拉伸模猜逮、彎曲模和成形模：硬度不低于50N胆快，粘附強(qiáng)度不低于100MPa，這時(shí)涂層的抗剪強(qiáng)度約為250MPa照菱，從而大于切向應(yīng)力2倍以上烁焙；涂層厚度為150～250μm，涂層應(yīng)耐磨耕赘，抗接觸疲勞性好骄蝇，滑動磨擦系數(shù)小（0.15以下）操骡。2）對分離模：涂層硬度不小于800N九火，粘附強(qiáng)度不低于200MPa，這時(shí)抗剪強(qiáng)度τ=500MPa册招，涂層厚度為200～300μm岔激，涂層應(yīng)具有高耐磨性和耐機(jī)械沖擊性。

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

　　對拉伸鹦倚、彎曲模和成形模是：Ni、Cr冀惭、B震叙、NTi、鈷鉻鎢鉬合金以及NiAl型金屬間化合物基材料散休。

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

　　這些材料可保證最大的硬度值促讶、粘附強(qiáng)度值观哲，且殘余應(yīng)力水平最小，大多是壓應(yīng)力侮捷。

　　在修訂爆炸噴涂的規(guī)范時(shí)担戏，預(yù)先對噴射規(guī)范進(jìn)行了優(yōu)化，并試驗(yàn)性的選擇不同涂覆規(guī)范偶画。作為優(yōu)化準(zhǔn)則是：涂層的粘附強(qiáng)度堵生、硬度、一次噴出的層進(jìn)厚和粉末利用系數(shù)祟期。

　　分析爆炸噴涂的涂層試驗(yàn)結(jié)果表明：1）所有試驗(yàn)涂層的硬度均對模具提出的要求钾士；2）粘附強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度較好的是：Ni、Cr希弟、B应揉、NTi基涂層粥搓；3）當(dāng)載荷P=0.75Pmax時(shí)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(shí)是Ni诺舔、Cr鳖昌、B、NTi基涂層混萝。

　　綜合評估使用性能表明遗遵，在金屬涂層中最佳強(qiáng)化涂層是Ni、Cr逸嘀、B车要、NTi基材料。采用爆炸噴涂法強(qiáng)化模具的工作元件崭倘，其工作表面的耐用度可提高0.5～1倍翼岁，拉伸力可降低10%～15%，且可用廉價(jià)結(jié)構(gòu)替代昂貴的工具鋼司光±牌拢　

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