模具表面超硬化處理.模具TD覆層處理
通過(guò)對(duì)模具進(jìn)行表面處理特別是對(duì)模具進(jìn)行表面超硬化處理是解決工件表面拉傷問(wèn)題經(jīng)濟(jì)而有效的方法。表面處理方法有多種，比較常用的有：鍍層方面，有鍍硬鉻，化學(xué)鍍鎳磷，刷鍍特種合金等;化學(xué)熱處理方面有各類(lèi)滲氮，滲硼，滲硫等;表面超硬化處理方面有化學(xué)氣相沉積(CVD)，物理氣相沉積(PVD)，物理化學(xué)氣相沉積(PVD)，TD覆層處理。
電鍍、化學(xué)鍍、刷鍍是通過(guò)電化學(xué)或化學(xué)反應(yīng)的方法，于工件表面形成合金鍍層，工藝不同，合金鍍層性能各異。就耐磨抗咬合用途，目前應(yīng)用較多的是鍍硬鉻、化學(xué)鍍鎳磷、刷鍍鎳鎢合金等。對(duì)于成型負(fù)荷較輕，或大型模具采用這些方法有時(shí)可以取得一定的效果。這類(lèi)表面處理存在的問(wèn)題是一方面由于表面硬化層的硬度相比而言較低，容易出現(xiàn)磨損，而鍍層一旦磨損，拉傷又會(huì)出現(xiàn);另一方面，也是好不足的一點(diǎn)是，鍍層與基體材料機(jī)械結(jié)合，在負(fù)荷較大的場(chǎng)合，有時(shí)使用幾次鍍層就會(huì)剝落，而鍍層一旦剝落，其功效也就失去。
化學(xué)熱處理是將工件放入含某種或某幾種化學(xué)元素的介質(zhì)中加熱保溫，通過(guò)工件與介質(zhì)的物理化學(xué)作用，這種或這幾種元素滲入工件表面，然后以適當(dāng)?shù)姆绞嚼鋮s，從而改變了工件表面的成分和組織結(jié)構(gòu)，并賦予工件不同的物理，化學(xué)和機(jī)械性能。化學(xué)熱處理的種類(lèi)很多，根據(jù)所滲元素分類(lèi)為：各種滲碳，各種滲氮，各種氮碳或碳氮共滲，滲硼，滲硫，滲鋁，滲鋅，滲其它各種金屬等。以耐磨，減摩，抗拉傷為目的的化學(xué)熱處理目前常用的是：滲碳，滲氮，滲硼，滲硫幾
采用合適的模具材料輔以氮化，滲硼等
因此后續(xù)工序要求嚴(yán)格，稍有不慎，表面硬化層就會(huì)遭受破壞，嚴(yán)重制約了其在鋼模上的應(yīng)用，而主要應(yīng)用于硬質(zhì)合金等無(wú)相變的材料。此外，CVD處理過(guò)程中的排放物對(duì)環(huán)境污染較大。
TD覆層處理是熱擴(kuò)散法碳化物覆層處理Thermal Diffision Carbide Coating Process的簡(jiǎn)稱(chēng)，國(guó)內(nèi)又名熔鹽滲金屬，滲釩等，其原理是通過(guò)熱擴(kuò)散作用于工件表面形成一層數(shù)微米至數(shù)十微米的碳化釩覆層。TD覆層處理的主要特點(diǎn)是：其一，覆層硬度高，HV可達(dá)3000左右，具有極高的耐磨，抗拉傷，耐蝕等性能;其二，由于是通過(guò)擴(kuò)散形成的，所以覆層與基體具有冶金結(jié)合，這一點(diǎn)對(duì)在成型類(lèi)模具上的應(yīng)用極其重要;其三，TD覆層處理后可以直接進(jìn)行淬火，這一點(diǎn)特別適合于各類(lèi)模具鋼材;其四，TD覆層處理可以重復(fù)進(jìn)行。大量的實(shí)踐證明，在成型類(lèi)模具上采用該技術(shù)具有其它表面處理無(wú)法比擬的使用效果，在一些場(chǎng)合具有比硬質(zhì)合金更好的效果。由于TD覆層處理技術(shù)的設(shè)備相對(duì)而言比較簡(jiǎn)單，成本較低，無(wú)公害，目前該技術(shù)在日本、美國(guó)等國(guó)都已得到廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)七十年代即已開(kāi)始研究該技術(shù)，
成型類(lèi)模具加工工件時(shí)，模具與被加工材料表面相互接觸并相對(duì)滑動(dòng)，組成一對(duì)接觸副或摩擦副。由于材料表面不可能是完全平整的，總存在可以測(cè)到的粗糙度，所以真正的接觸只發(fā)生在微觀接觸面上。分析表明，微觀真實(shí)接觸面積只是名義上的幾何接觸面積的一個(gè)小部分，由此微觀接觸面范圍內(nèi)產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力，這些應(yīng)力由于切向相對(duì)運(yùn)動(dòng)還會(huì)加強(qiáng)，以致受到負(fù)荷作用的粗糙面凸峰發(fā)生彈性或彈塑性變形，這樣摩擦副雙方表面的吸附層或反應(yīng)層會(huì)遭到破壞，結(jié)果使暴露在表面的原子鍵聯(lián)結(jié)或多或少地得到加強(qiáng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為粘著作用。當(dāng)磨擦副發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這種原子鍵又會(huì)相互脫開(kāi)，原子鍵脫開(kāi)并不一定都在原始微觀接觸處斷開(kāi)，而有可能在磨擦副雙方表面層附近斷開(kāi)，其結(jié)果是材料從磨擦副的一方轉(zhuǎn)移到磨擦副的另一方上去，這就是所謂的粘著磨損[1]。實(shí)驗(yàn)證明，出現(xiàn)粘著磨損的磨擦副的表面非常粗糙，并有拉傷，其程度與法向力，磨擦副之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度以及溫度等負(fù)荷參數(shù)有關(guān)。當(dāng)以上負(fù)荷參數(shù)超過(guò)了臨界值時(shí)，粘著磨損突然加劇，出現(xiàn)所謂膠合現(xiàn)象，極端情況摩擦副間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)停止，出現(xiàn)咬死現(xiàn)象。由上分析可見(jiàn)，工件成型時(shí)表面出現(xiàn)拉傷或咬死現(xiàn)象就是粘著磨損所引起的結(jié)果。
要減少粘著磨損目前還缺乏統(tǒng)一的選擇判據(jù)，大多需要依靠經(jīng)驗(yàn)知識(shí)來(lái)確定，以下是減少粘磨損所采取的一些基本措施。
1)盡量減少接觸副之間的負(fù)荷，包括機(jī)械與熱負(fù)荷;
2)避免采用金屬配對(duì)副，而可采用陶瓷與陶瓷，塑料與塑料，塑料與金屬，陶瓷與金屬或塑料與陶瓷配對(duì)副來(lái)代替;
在模具方面，通過(guò)改變模具材料或?qū)δ＞哌M(jìn)行表面處理，使被成型材料與模具這對(duì)接觸副性質(zhì)發(fā)生改變，實(shí)踐表明，這是解決拉傷問(wèn)題經(jīng)濟(jì)而有效的方法，也是目前廣泛采用的方法。
陶瓷涂層指涂層材料為陶瓷的噴涂層。
陶瓷涂層有：高溫絕熱涂層、耐磨耐沖刷涂層、熱處理防護(hù)涂層、高溫潤(rùn)滑涂層、原子能涂層
陶瓷涂層的特點(diǎn)：耐磨，耐蝕，防粘，高硬度，耐高溫，生物相容性好。
陶瓷涂層介紹
陶瓷涂層是覆蓋在基本表面的無(wú)機(jī)保護(hù)層或膜的總稱(chēng)。它能改變基體表面的形貌、結(jié)構(gòu)及其化學(xué)組成，賦予基底材料新的性能(耐磨，耐蝕，防粘，高硬度，耐高溫，生物相容性好)。
組成：氧化物涂層、非氧化涂層、硅酸鹽系涂層、復(fù)合陶瓷涂層
工藝方法：熔燒涂層、噴涂涂層、氣相沉積涂層、電化學(xué)工藝圖層、溶膠一凝膠涂層、原位反應(yīng)涂層
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