表面處理技術在模具制造中的應用及發展前景探析

陳 奇

重慶萬州技師學院

表面處理技術在模具制造中的應用及發展前景探析

陳 奇

重慶萬州技師學院

模具材料是模具工業的基礎，隨著模具工業的發展，模具在工作中除了要求其基體材料具有足夠高的強度和韌性外，對模具材料綜合性能的要求越來越高，而表面處理技術不僅能夠提高模具表面的各種性能，而且能夠使模具內部保持足夠的強韌性，這對于改善模具的綜合性能、節約合金元素、大幅度降低成本、充分發揮材料的潛力以及更好地利用模具新材料都是十分有效的。

表面處理技術；模具制造

1 模具表面的主要處理技術

1.1 硬化膜沉積技術

物理氣相沉積技術、化學氣相沉積(CVD)是目前較為成熟的硬化膜沉積技術。硬化膜沉積技術在最早出現的時候，通常都是應用在刀具、量具等工具上，有著極佳的效果。并且，很多刀具都已經將涂覆硬化膜當做成最為標準的工藝。在目前的實際應用過程中，我們不難發現，硬化膜沉積技術的成本是較高的，尤其體現在設備的成本上。同時，硬化膜沉積技術依舊只應用于一些較精密且具有長壽命的模具上，如果通過建立熱處理中心的方式來對其應用，必定會大大降低涂覆硬化膜的成本。顯然，在硬化膜沉積技術的應用下，整個模具制造的水平將得到實質性的提高。

1.2 滲氮技術

在整個滲氮工藝中，具有離子滲氮、液體滲氮、氣體滲氮等多種方式，而每一種不同的滲氮方式中都具有諸多不同的滲氮技術，這些不同的技術能夠有效的適應不同工件、不同鋼種的實際要求。另外，由于滲氮技術能夠有效的形成性能較為優良的表面，并且滲氮的溫度較低，在滲氮后并不需要激烈的冷卻，而模具的變形也很小，加之滲氮工藝和模具鋼淬火工藝之間具有良好的協調性。因此，在模具的制造過程中，滲氮技術不但是采用最早的表面處理技術，同時也是得到最廣泛應用的表面處理技術。

1.3 滲碳技術

在提高模具整體強韌性的過程中，滲碳技術的應用能夠很好的達到這樣的目的，也就是說要使工作表面具有較高的強度以及較高的耐磨性。在一般情況下，應該將較低級的材料進行滲碳淬火處理，將其用來替代那些高級別的材料，以此來有效的降低模具的制造成本。

1.4 納米表面技術

在整個納米表面工程中，始終是將納米材料以及相應的其他低維非平衡材料作為基礎的，然后通過特定的加工手段、技術來對固體的表面進行超精細加工處理，從而有效的實現固體表面的改性、強化或賦予一定的新功能。具體而言，納米表面技術主要具有兩個方面的內容：一是納米結構涂層的制作。在整個納米結構涂層的制作中，最為有效的制作方法即是熱噴涂技術的應用。與其他的技術相比較，熱噴涂技術具有工藝簡單、涂層厚度變化范圍大、涂層和基體選擇范圍廣、容易形成復合涂層以及沉積速率快等優越性。同時，與傳統的熱噴涂涂層相比較，納米結構的涂層在韌性、強度、抗熱疲勞、抗腐蝕等多方面都有著較為明顯的改善；二是納米復合鍍層的制作。將一維納米質點粉體材料或零維材料加入到傳統的電鍍液當中，即能夠有效的形成納米復合鍍層。對于模具的制造而言，如果通過了納米復合鍍層，必然能夠讓其本身的精度長久保持不變，而長時間的使用鍍層，模具表面將長時間的處于光滑的狀態，不會出現任何裂紋，其壽命必定會得到有效的延長。

1.5 稀土表面技術

通常采用化學熱處理、噴涂噴焊、氣相沉積、激光涂覆、電沉積等方法在模具型腔表面加入稀土元素。

①稀土元素對化學熱處理的影響主要表現為有顯著的催滲作用，大大優化工藝過程；加入少量稀土化合物，滲層深度可以明顯增加，改善滲層的組織和性能。從而提高模具型腔表面的耐磨性、抗高溫氧化性的抗沖擊磨損性。②利用熱噴涂和噴焊技術，將稀土元素加入涂層，可取得良好的組織與性能，使模具型腔表面具有更高的硬度和耐磨性。③物理氣相沉積膜層性能的優劣和膜與基體結合強度的大小密切相關，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。同時，加入稀土元素可以使膜層耐磨性能也得到明顯改善。④含稀土化合物的涂覆層，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，對降低能耗和生產成本，以及推廣激光表面處理技術都有重要意義。稀土涂覆層經激光處理后，組織和性能發生明顯改善，涂覆層的硬度和耐磨性顯著提高，耐磨性是45鋼調質的5～6倍。有研究發現，加入混合稀土化合物的效果優于單一稀土化合物。⑤把稀土元素加入鍍層可采用電刷鍍、電鍍等電沉積方法。稀土元素的加入可使鍍層防氧鈍化壽命明顯提高，改善鍍層的減摩性能，提高抗腐蝕的能力。

2 模具表面處理技術的使用及展望

在模具中已經廣泛的使用表面處理技術，這對有模具材料性質不足帶來的缺陷具有較強的彌補性，大大提高了模具表面的抗摩擦能力以及脫模能力，提高了其生產的效率。另外，表面處理技術還可以應用在模具的修復上，對模具表面的材料進行修復，充分保證在修復之后模具表面的材料質量，不僅可以提高模具表面的硬度，同時還提高了模具表面的耐磨性以及抗腐蝕性，提高了模具的使用壽命。

雖然表面處理技術應用在模具表面處理上已經非常成熟，在提高模具使用壽命和制品質量上已經有顯著的進出和較大的經濟效益，但與國外相比，我國在模具上使用的表面處理技術存在的差距較大。還需要進一步提高模具處理中表面處理技術的使用，不斷創新其表面處理技術在模具中的應用，才能進一步降低其能源的消耗以及環境的污染。另外，由于表面處理技術和高合金化的模具材料相比已經有所超越，簡化其模具制造工藝以及熱處理工藝，讓模具的生產成本有所降低。

結語

相對于模具制造的總費用來說，表面處理技術成本較低，而模具壽命可提高幾倍甚至幾十倍，具有事半功倍之效。模具表面處理的方法很多，結合各種模具的工作條件及其使用的經濟性等因素綜合考慮，正確運用表面處理技術是提高模具壽命的一個行之有效的重要途徑。盡管表面技術特別是新型表面技術在模具制造中的應用還相對較少，但隨著表面工程技術的發展，表面處理技術在模具制造領域將會得到極其廣闊的應用，必將使模具的選材和制造技術產生巨大的變化。

[1]張立杰.表面處理技術在模具制造中的應用[J].大眾科技，2010.

[2]朱祖武.表面處理技術在模具制造中的應用和發展[J].江西化工，2008.