模具表面处理技术

1、碳氮共渗的分类碳氮共渗的分类 （1 1）碳氮共渗）碳氮共渗 以渗碳为主，共渗温度以渗碳为主，共渗温度820-870820-870，渗剂为煤油、苯、甲苯、丙酮等，渗剂为煤油、苯、甲苯、丙酮等，同时通入氨气，或使用尿素、甲酰胺等。材料同时通入氨气，或使用尿素、甲酰胺等。材料一般为中、低碳钢及合金钢。一般为中、低碳钢及合金钢。 （2 2）氮碳共渗）氮碳共渗 以渗氮为主，共渗温度以渗氮为主，共渗温度550-570550-570，渗剂为尿素、甲酰胺、三乙醇胺等。，渗剂为尿素、甲酰胺、三乙醇胺等。材料不受限制。材料不受限制。 碳氮共渗已应用于压铸模、挤压模、塑料碳氮共渗已应用于压铸模、挤压模、塑料模等。模

2、等。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术四、渗硼四、渗硼 渗硼是将钢的表面渗入硼元素以获得铁的硼化物渗硼是将钢的表面渗入硼元素以获得铁的硼化物的热处理工艺方法。的热处理工艺方法。 通过渗硼能显著提高钢件表面硬度通过渗硼能显著提高钢件表面硬度(l400(l4002000HV)2000HV)和耐磨性，以及具有良好的红硬性及耐蚀性。和耐磨性，以及具有良好的红硬性及耐蚀性。 钢的表面渗入硼后，由于硼在钢的表面渗入硼后，由于硼在 -Fe -Fe中的溶解中的溶解度很小，因此会形成硼化物度很小，因此会形成硼化物Fe2B (Fe2B (硬度为硬度为l400l4001600HV) 160

3、0HV) ，或，或FeB (FeB (硬度为硬度为l800l8002000HV) 2000HV) 。Fe2BFe2B脆脆性较小，一般呈梳齿状楔入基体；性较小，一般呈梳齿状楔入基体；FeBFeB脆性较大，易脆性较大，易剥落。剥落。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术渗硼方法渗硼方法 渗硼法有固体渗硼、液体渗硼及气体渗硼。但由渗硼法有固体渗硼、液体渗硼及气体渗硼。但由于气体渗硼采用乙硼烷或三氯化硼气体，前者不稳定于气体渗硼采用乙硼烷或三氯化硼气体，前者不稳定易爆炸，后者有毒，又容易分解，因此较少采用。现易爆炸，后者有毒，又容易分解，因此较少采用。现在生产上采用的是粉末渗硼和

4、盐浴渗硼。在生产上采用的是粉末渗硼和盐浴渗硼。 1、固体渗硼法、固体渗硼法 目前最常用的是用下列配方的粉末渗硼法：目前最常用的是用下列配方的粉末渗硼法：5KBF4+5B4C+90SiC+Mn-Fe。把这些物质的粉。把这些物质的粉末和匀装入耐热钢板焊成的箱内，工件以一定的间隔末和匀装入耐热钢板焊成的箱内，工件以一定的间隔(20一一30mm)埋入渗剂内，盖上箱盖，在埋入渗剂内，盖上箱盖，在9001000的温度保温的温度保温15小时后，出炉随箱冷却即可。小时后，出炉随箱冷却即可。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术 渗剂中各部分的作用渗剂中各部分的作用 B4CB4C为硼的来源

5、，为硼的来源，KBF4KBF4是催渗剂，是催渗剂，SiCSiC是填充是填充剂，剂，Mn-FeMn-Fe则起到使渗剂渗后松散而不结块的作用。则起到使渗剂渗后松散而不结块的作用。一般渗硼后冷至室温开箱时，渗剂松散，工件表一般渗硼后冷至室温开箱时，渗剂松散，工件表面无结垢等现象，无需特殊清理。由于固体渗硼面无结垢等现象，无需特殊清理。由于固体渗硼法无需特殊设备，操作简单，工件表面清洁，已法无需特殊设备，操作简单，工件表面清洁，已逐渐成为最有前途的渗硼方法。逐渐成为最有前途的渗硼方法。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术2 2、盐浴渗硼、盐浴渗硼 常用盐浴成分有下列三种：常用盐

6、浴成分有下列三种： (1) 60(1) 60硼砂十硼砂十4040碳化硼或硼铁；，碳化硼或硼铁；， (2) 50(2) 506060硼砂硼砂+40+405050S1CS1C； (3) 45(3) 45BaCI+45BaCI+45NaCI+10NaCI+10B4CB4C或硼铁。或硼铁。 盐浴渗硼同样具有设备简单，渗层结构易于控盐浴渗硼同样具有设备简单，渗层结构易于控制等优点。但有盐浴流动性差，工件粘盐难以清理等制等优点。但有盐浴流动性差，工件粘盐难以清理等缺点。一般盐浴渗硼温度采用缺点。一般盐浴渗硼温度采用95095010001000，渗硼时，渗硼时间根据渗层深度要求而定，一般不超过间根据渗层深度

7、要求而定，一般不超过6 6小时。因为小时。因为时间过长，不仅渗层增深缓慢，而且使渗硼层脆性增时间过长，不仅渗层增深缓慢，而且使渗硼层脆性增加。加。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术渗硼后的热处理渗硼后的热处理 对心部强度要求较高的零件，渗硼后还对心部强度要求较高的零件，渗硼后还需进行热处理。由于需进行热处理。由于FeBFeB相、相、Fe2BFe2B相和基体的相和基体的膨胀系数差别很大膨胀系数差别很大, ,加热淬火时，硼化物不发加热淬火时，硼化物不发生相变，但基体发生相变。因此渗硼层容易出生相变，但基体发生相变。因此渗硼层容易出现裂纹和崩落。这就要求尽可能采用缓和的冷现

8、裂纹和崩落。这就要求尽可能采用缓和的冷却方法，淬火后应及时进行回火。却方法，淬火后应及时进行回火。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术五、渗金属五、渗金属 渗金属方法和渗硼法相类似，根据所用渗剂聚渗金属方法和渗硼法相类似，根据所用渗剂聚集状态不同，可分固体法、液体法及气体法。集状态不同，可分固体法、液体法及气体法。 1 1、固体法渗金属、固体法渗金属 最常用的是粉末包装法，把工件、粉末状的最常用的是粉末包装法，把工件、粉末状的渗剂、催渗剂和防烧结剂共同装箱、密封、加热扩渗剂、催渗剂和防烧结剂共同装箱、密封、加热扩散而得。这种方法的优点是操作简单，无需特殊设散而得。这种方

9、法的优点是操作简单，无需特殊设备，小批生产应用较多，如渗铬、渗钒等。缺点是备，小批生产应用较多，如渗铬、渗钒等。缺点是产量低，劳动条件差，渗层有时不均匀，质量不易产量低，劳动条件差，渗层有时不均匀，质量不易控制等。控制等。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术 如固体渗铬，渗剂为如固体渗铬，渗剂为100100200200目铬铁粉目铬铁粉( (含含Cr65Cr65)(40)(4060)60)+NH4Cl(12+NH4Cl(123)3)，其余为，其余为AlAl2 2O O3 3, , 渗铬过程渗铬过程 当加热至当加热至10501050的渗铬温度时，的渗铬温度时，氯化铵分解形成

10、氯化铵分解形成HClHCl，HClHCl与铬铁粉作用形成与铬铁粉作用形成CrClCrCl2 2，在，在CrClCrCl2 2迁移到工件表面时，分解出活性迁移到工件表面时，分解出活性铬原子铬原子CrCr渗入工件表面。与此同时，氯与氢结渗入工件表面。与此同时，氯与氢结合成合成HCIHCI，HCIHCI再至铬铁粉表面形成再至铬铁粉表面形成CrClCrCl2 2，并重，并重复前述过程而达到渗铬目的。复前述过程而达到渗铬目的。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术2、液体法渗金属、液体法渗金属n 分为两种，一种是盐浴法，一种是热浸法。分为两种，一种是盐浴法，一种是热浸法。n 目前最

11、常用的盐浴法渗金属是目前最常用的盐浴法渗金属是TDTD法。它是在熔融法。它是在熔融的硼砂浴中加入被渗金属粉末，工件在盐浴中被加热，的硼砂浴中加入被渗金属粉末，工件在盐浴中被加热， 同时还进行渗金属的过程。同时还进行渗金属的过程。n 以渗钒为例：把欲渗工件放人以渗钒为例：把欲渗工件放人 (80(8085)85)NaNa2 2B B4 40 07 7202015)15)钒铁粉盐浴中，在钒铁粉盐浴中，在950950保温保温3 35 5小时，即可得到一定厚度小时，即可得到一定厚度( (几个微米到几个微米到2020微米微米) )的渗钒的渗钒层。层。 第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处

12、理技术TDTD覆层的主要特点覆层的主要特点n （1 1）具有很高的表面硬度，可达）具有很高的表面硬度，可达HV2800HV280032003200，远，远高于氮化和镀硬铬等表面处理方法，因而具有极高的表面高于氮化和镀硬铬等表面处理方法，因而具有极高的表面耐磨、抗拉伤和耐腐蚀等性能。耐磨、抗拉伤和耐腐蚀等性能。n （2 2）由于表面覆层是通过金属原子的扩散作用形成）由于表面覆层是通过金属原子的扩散作用形成的，因此覆层与基体具有冶金结合，结合力较镀硬铬、的，因此覆层与基体具有冶金结合，结合力较镀硬铬、PVDPVD或或PCVDPCVD的镀层高得多，这一点对于成形类模具的应用的镀层高得多，这一点对于成

13、形类模具的应用极其重要。极其重要。n （3 3）TDTD覆层厚度可达覆层厚度可达4 420mm20mm，覆层致密光滑。，覆层致密光滑。n （4 4）具有极高的耐腐蚀性能。）具有极高的耐腐蚀性能。n （5 5）可以实现重复处理。）可以实现重复处理。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术n 缺点缺点n 是盐浴有比重偏析，必须在渗入过程中不断搅动是盐浴有比重偏析，必须在渗入过程中不断搅动盐浴。另外，硼砂的盐浴。另外，硼砂的PHPH值为值为9 9，有腐蚀作用，必须及，有腐蚀作用，必须及时清洗工件。时清洗工件。n 适用材料适用材料n 只要材料含有一定量的碳元素，如含碳量大于只要材料

14、含有一定量的碳元素，如含碳量大于0.3%0.3%的各类钢铁材料、硬质合金等，都可以在工件表的各类钢铁材料、硬质合金等，都可以在工件表面形成面形成VCVC覆层。覆层。 第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术TDTD法可以解决的问题法可以解决的问题n （1 1）由粘着磨损所引起的模具与工件或工件与工件）由粘着磨损所引起的模具与工件或工件与工件之间的拉伤、粘附问题，如各类钢板或有色金属的拉之间的拉伤、粘附问题，如各类钢板或有色金属的拉延、弯曲、翻边、滚压成形和压铸成形等模具或其他延、弯曲、翻边、滚压成形和压铸成形等模具或其他相互接触并有相对运动的工件表面，采用相互接触并有相对运

15、动的工件表面，采用TDTD覆层处理覆层处理是目前解决此类问题最好的方法之一，并可以提高其是目前解决此类问题最好的方法之一，并可以提高其使用寿命数倍至数十倍。使用寿命数倍至数十倍。n（2 2）由磨粒磨损、粘着磨损、摩擦氧化或其共同作用）由磨粒磨损、粘着磨损、摩擦氧化或其共同作用而引起的工件尺寸超差等问题，如冲裁、冷镦、粉末而引起的工件尺寸超差等问题，如冲裁、冷镦、粉末冶金等模具或其他零配件，通过冶金等模具或其他零配件，通过TDTD覆层处理后，可提覆层处理后，可提高使用寿命数倍至数十倍。高使用寿命数倍至数十倍。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术TDTD法的应用法的应用n（

16、1 1）汽车冲压件成形模具）汽车冲压件成形模具n 在高强度钢板和厚料板的冲压成形过程中，未经过表在高强度钢板和厚料板的冲压成形过程中，未经过表面处理的工件表面拉伤严重，有些甚至无法正常生产。经面处理的工件表面拉伤严重，有些甚至无法正常生产。经TDTD覆层处理后，一方面根本上解决了工件表面的拉伤问题，覆层处理后，一方面根本上解决了工件表面的拉伤问题，无须经常停机修磨模具，提高了生产效率，改善了产品的无须经常停机修磨模具，提高了生产效率，改善了产品的外观。另一方面，模具寿命一般可以达数十万件，并能确外观。另一方面，模具寿命一般可以达数十万件，并能确保冲压件尺寸的一致性，有效提升产品质量保冲压件尺寸

17、的一致性，有效提升产品质量。n（2 2）粉末冶金模具）粉末冶金模具n 被加工材料为磁铁粉，原来模具材料被加工材料为磁铁粉，原来模具材料Cr12Cr12，寿命，寿命2 24 4万次，后改用万次，后改用Cr12MoVCr12MoV，并进行，并进行TDTD覆层处理，寿命达到覆层处理，寿命达到20204040万次，寿命提高万次，寿命提高1010倍以上。倍以上。 第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术模具表面处理模具表面处理-TD-TD覆层组织覆层组织 模具表面处理模具表面处理-TD-TD覆层图覆层图 第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术n 热浸法渗金属是较

18、早应用的渗金属工艺，典型热浸法渗金属是较早应用的渗金属工艺，典型的例子是渗铝。其方法是：把渗铝零件经过除油去的例子是渗铝。其方法是：把渗铝零件经过除油去锈后，浸入锈后，浸入780780土土1010熔融的铝淬中经熔融的铝淬中经15156060分钟分钟后取出，此时在零件表面附着一层高浓度铝覆盖层，后取出，此时在零件表面附着一层高浓度铝覆盖层，然后在然后在95095010501050温度下保温温度下保温4 45 5小时进行扩散小时进行扩散处理。为了防止零件在渗铝时铁的溶解，在铝液中处理。为了防止零件在渗铝时铁的溶解，在铝液中应加入应加入1010左右的铁。铝液温度之所以如此选择，左右的铁。铝液温度之所

19、以如此选择，主要考虑温度过低时，铝液流动性不好，且带走铝主要考虑温度过低时，铝液流动性不好，且带走铝液过多。温度过高，铝液表面氧化剧烈。液过多。温度过高，铝液表面氧化剧烈。 第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术3 3、气体法渗金属、气体法渗金属n 一般在密封的罐中进行，把坩埚加热至渗金一般在密封的罐中进行，把坩埚加热至渗金属温度，被渗金属的卤化物气体掠过工件表面时属温度，被渗金属的卤化物气体掠过工件表面时发生置换、还原、热分解等反应，分解出的活性发生置换、还原、热分解等反应，分解出的活性金属原子渗入工件表面。金属原子渗入工件表面。 n 以气体渗铬为例，其过程是：把干燥氢

20、气通以气体渗铬为例，其过程是：把干燥氢气通过浓盐酸得到过浓盐酸得到HClHCl气体后引入渗铬罐，在罐的进气气体后引入渗铬罐，在罐的进气口处放置铬铁粉。当口处放置铬铁粉。当HClHCl气体通过高温的铬铁粉时，气体通过高温的铬铁粉时，制得了氯化亚铬气体。当生成的氯化亚铬气体掠制得了氯化亚铬气体。当生成的氯化亚铬气体掠过零件表面时，通过置换、还原、热分解等反应，过零件表面时，通过置换、还原、热分解等反应，在零件表面沉积铬，从而获得渗铬层。在零件表面沉积铬，从而获得渗铬层。 第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术n 气体渗铬速度较快，但氢气容易爆炸，氯化氢具气体渗铬速度较快，但氢

21、气容易爆炸，氯化氢具有腐蚀性，故应注意安全。有腐蚀性，故应注意安全。 n 渗金属法的进一步发展是多元共渗，即在金属表渗金属法的进一步发展是多元共渗，即在金属表面同时渗入两种或两种以上的金属元素，如铬铝共渗，面同时渗入两种或两种以上的金属元素，如铬铝共渗，铝硅共渗等等。与此同时，还出现金属元素与非金属铝硅共渗等等。与此同时，还出现金属元素与非金属元素的两种元素的共渗，如硼钒共渗，硼铝共渗等。元素的两种元素的共渗，如硼钒共渗，硼铝共渗等。进行多元共渗的目的是兼取单一渗的长处，克服单一进行多元共渗的目的是兼取单一渗的长处，克服单一渗的不足。例如硼钒共渗，可以兼取单一渗钒层的硬渗的不足。例如硼钒共渗，

22、可以兼取单一渗钒层的硬度高、韧性好和单一渗硼层层深较厚的优点，克服了度高、韧性好和单一渗硼层层深较厚的优点，克服了渗钒层较薄及渗硼层较脆的缺点，获得了较好的综合渗钒层较薄及渗硼层较脆的缺点，获得了较好的综合性能。性能。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术几种化学热处理工艺的比较几种化学热处理工艺的比较 处理方法处理方法渗碳渗碳氮化氮化碳氮共渗碳氮共渗处理工艺处理工艺渗碳渗碳+ +淬火淬火+ +低温回低温回火火氮化氮化碳氮共渗碳氮共渗+ +淬火淬火+ +低低温回火温回火生产周期，生产周期，约约3-9h3-9h约约20-50h20-50h约约1-2h1-2h表层深度表层深度

23、0.5-20.5-20.3-0.50.3-0.50.2-0.50.2-0.5硬度硬度58-6358-6365-70HRC(1000HV-65-70HRC(1000HV-1100HV)1100HV)58-6358-63耐磨性耐磨性良好良好最好最好良好良好疲劳强度疲劳强度较好较好最好最好良好良好耐蚀性耐蚀性一般一般最好最好较好较好热处理后变形热处理后变形较大较大最小最小较小较小第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术第三节第三节模具表面的涂镀技术模具表面的涂镀技术一、电镀一、电镀n 电镀是指在直流电的作用下，电解液中的电镀是指在直流电的作用下，电解液中的金属离子还原沉积在零件的

24、表面而形成一定性金属离子还原沉积在零件的表面而形成一定性能的金属镀层的工艺过程。能的金属镀层的工艺过程。n 电镀的基本工艺流程：电镀的基本工艺流程：n 磨光磨光 抛光抛光脱脂（去油）脱脂（去油） 水洗水洗 除除锈锈 水洗水洗 电镀电镀 酸洗酸洗 碱洗碱洗 清洗清洗 吹干吹干 除氢除氢 入库。入库。常用的电镀方法常用的电镀方法 镀硬铬、硬镍是模具表面处理技术中的传统镀硬铬、硬镍是模具表面处理技术中的传统技术，通过利用电化学的方法在模具工作面上沉技术，通过利用电化学的方法在模具工作面上沉积薄层金属或合金的一种湿式镀覆。电镀操作温积薄层金属或合金的一种湿式镀覆。电镀操作温度低，模具发生变形较小，模具

25、本身的性能几乎度低，模具发生变形较小，模具本身的性能几乎不受影响，镀层的摩擦系数低，显微硬度可达不受影响，镀层的摩擦系数低，显微硬度可达800 HV800 HV，可以大大提高模具的耐磨性。但是，镀，可以大大提高模具的耐磨性。但是，镀层的孔隙较大，耐腐蚀性能不高，不适用于耐腐层的孔隙较大，耐腐蚀性能不高，不适用于耐腐蚀性要求高的模具。同时，由于电镀具有尖端效蚀性要求高的模具。同时，由于电镀具有尖端效应，对于多孔、形状复杂的模具也不适用。应，对于多孔、形状复杂的模具也不适用。 钢件镀铬工艺流程钢件镀铬工艺流程 除蜡除蜡 热浸除油热浸除油 电解除油电解除油 弱酸弱酸浸蚀浸蚀 镀铜镀铜 镀镍镀镍 镀铬

26、。镀铬。 镀铬的种类镀铬的种类 装饰性镀铬、镀硬铬、松孔镀铬。装饰性镀铬、镀硬铬、松孔镀铬。二、电刷镀二、电刷镀n 电刷镀是在导电工件（或模具）表面需要镀覆的表电刷镀是在导电工件（或模具）表面需要镀覆的表面快速沉积金属层的工艺。面快速沉积金属层的工艺。n 电刷镀又称为选择电镀、无槽镀、涂镀、笔镀、擦电刷镀又称为选择电镀、无槽镀、涂镀、笔镀、擦镀等。镀等。 它是电镀的一种特殊方式，不用镀槽，只需在不它是电镀的一种特殊方式，不用镀槽，只需在不断供电解液的条件下，用一支镀笔在工件表面上进行擦断供电解液的条件下，用一支镀笔在工件表面上进行擦拭，即可获得电镀层。拭，即可获得电镀层。n 刷镀工艺简单，沉积

27、速度快，操作方便，镀层质量刷镀工艺简单，沉积速度快，操作方便，镀层质量和性能较好。易于现场操作，不受模具大小和形状的限和性能较好。易于现场操作，不受模具大小和形状的限制，用在报废模具和大模具的修复上经济效益明显。制，用在报废模具和大模具的修复上经济效益明显。 电刷镀的原理电刷镀的原理电刷镀的原理示意图电刷镀的原理示意图镀笔结构图镀笔结构图 不同形状的阳极不同形状的阳极 镀笔镀笔 镀笔是电刷镀的镀笔是电刷镀的重要工具，主要由阳极、绝重要工具，主要由阳极、绝缘手柄和散热装置组成。缘手柄和散热装置组成。 电刷镀的特点电刷镀的特点n 1、设备简单，携带方便，不需要大的镀槽设备。、设备简单，携带方便，不

28、需要大的镀槽设备。n 2、工艺简单，操作方便，凡镀笔能触及到的地方均可电、工艺简单，操作方便，凡镀笔能触及到的地方均可电镀，特别适用于不解体机件的现场维修和野外抢修。镀，特别适用于不解体机件的现场维修和野外抢修。n 3、镀层种类多，与基体材料的结合力强，力学性能好，、镀层种类多，与基体材料的结合力强，力学性能好，能保证满足各种维修性能的要求。能保证满足各种维修性能的要求。n 4、沉积速度快，生产效率高。、沉积速度快，生产效率高。n 5、刷镀液不含氰化物和剧毒药品，故操作安全，对环境、刷镀液不含氰化物和剧毒药品，故操作安全，对环境污染小。污染小。n 6、但电刷镀劳动强度大，阳极包缠材料消耗大、但

29、电刷镀劳动强度大，阳极包缠材料消耗大。电刷镀的应用电刷镀的应用n 电刷镀应用于热作模具，可提高模具寿命电刷镀应用于热作模具，可提高模具寿命5050200200，主要原因是刷镀层有良好的红，主要原因是刷镀层有良好的红硬性、耐磨性和抗氧化能力。硬性、耐磨性和抗氧化能力。n 材料为材料为3Cr2w8V3Cr2w8V的热冲模刷镀处理后表面的热冲模刷镀处理后表面硬度达硬度达750 HV750 HV，模具寿命提高，模具寿命提高1 13 3倍。倍。n 电刷镀也可以大幅度提高冷作模具的寿命，电刷镀也可以大幅度提高冷作模具的寿命，这是因为刷镀层有高的硬度和良好的抗粘着性这是因为刷镀层有高的硬度和良好的抗粘着性能

30、。如连杆盖模能。如连杆盖模3Cr2W8V3Cr2W8V经刷镀处理后提高寿经刷镀处理后提高寿命命54545 5。 三、化学镀三、化学镀n 化学镀是利用还原剂把电解质溶液中的金属离化学镀是利用还原剂把电解质溶液中的金属离子化学还原在呈活性催化的工件表面沉积出能与基子化学还原在呈活性催化的工件表面沉积出能与基体表面牢固结合的涂镀层。化学镀不需外加电流。体表面牢固结合的涂镀层。化学镀不需外加电流。因此，化学镀没有电镀中因为电力分布不均而造成因此，化学镀没有电镀中因为电力分布不均而造成的深镀和分散能力差的问题。的深镀和分散能力差的问题。n 化学镀对于形状复杂、多孔洞、有棱边夹角的化学镀对于形状复杂、多孔

31、洞、有棱边夹角的模具的处理最为有效，克服了电镀的缺点与不足。模具的处理最为有效，克服了电镀的缺点与不足。n 化学镀可在工件表面形成单一金属层（如镀化学镀可在工件表面形成单一金属层（如镀镍）、合金镀层（如镍）、合金镀层（如Ni-PNi-P化学镀）、复合镀层和非化学镀）、复合镀层和非晶态镀层等。晶态镀层等。化学镀的应用化学镀的应用n 在汽车用铸模、铝模具上化学镀镍，不仅在汽车用铸模、铝模具上化学镀镍，不仅可以提高脱模效果，还可使模具的使用寿命提可以提高脱模效果，还可使模具的使用寿命提高高5050以上以上 ，且零部件的光洁度高。，且零部件的光洁度高。n 如用如用4545钢加表面钢加表面Ni-PNi-

32、P化学镀代替不锈钢制化学镀代替不锈钢制作塑料型材挤出模，不但降低模具制造成本，作塑料型材挤出模，不但降低模具制造成本，而且可以提高模具寿命，由于镀层改善了脱模而且可以提高模具寿命，由于镀层改善了脱模性能，塑料成形周期缩短，型材表面质量显著性能，塑料成形周期缩短，型材表面质量显著改善。改善。n 在生产应用中对模具表面性能要求是多元的，在生产应用中对模具表面性能要求是多元的，因此单金属的镀层往往不能满足质量要求，这些促因此单金属的镀层往往不能满足质量要求，这些促使了复合镀技术的发展。现在复合镀技术的实施主使了复合镀技术的发展。现在复合镀技术的实施主要借助于电镀、刷镀、化学镀。要借助于电镀、刷镀、化

33、学镀。n 复合镀后膜层质量和性能提高显著，模具寿命复合镀后膜层质量和性能提高显著，模具寿命更长。如在模具表面上复合电镀更长。如在模具表面上复合电镀NiNiw wP P、NINIFeFeP P、CoCoW WP P合金显著提高了汽车模具的耐磨合金显著提高了汽车模具的耐磨性和使用寿命。如性和使用寿命。如NiNiPTFEPTFE、AlAl2 2O O3 3；镀层可提高抗；镀层可提高抗蚀性能；蚀性能；NiNiWCWC、SiCSiC、SiO2SiO2、SiOSiO2 2镀层可提高耐镀层可提高耐磨及抗蠕变性能；磨及抗蠕变性能；NiNiMo2Mo2镀层可提高减磨自润性镀层可提高减磨自润性能；能；NiNiCr

34、Cr镀层可提高高温强度。镀层可提高高温强度。 第四节第四节模具表面的气相沉积技术模具表面的气相沉积技术 气相沉积技术气相沉积技术 是将含有沉积元素的气相物质是将含有沉积元素的气相物质输送到工件表面，在工件表面形成功能性或装饰性的输送到工件表面，在工件表面形成功能性或装饰性的金属、非金属或化合物涂层的工艺方法。金属、非金属或化合物涂层的工艺方法。 气相沉积在工件表面覆盖一层厚度为气相沉积在工件表面覆盖一层厚度为0.5-10um0.5-10um的的过渡族元素（过渡族元素（Ti,V,Cr,W,NbTi,V,Cr,W,Nb等等) )的碳、氧、氮、硼化的碳、氧、氮、硼化合物或单一的金属及非金属涂层。合物

35、或单一的金属及非金属涂层。 按沉积的主要属性可分为化学气相沉积（按沉积的主要属性可分为化学气相沉积（CVDCVD）和）和物理气相沉积（物理气相沉积（PVDPVD），等离子体被引入化学气体沉），等离子体被引入化学气体沉积技术后，便形成等离子化学气相沉积（积技术后，便形成等离子化学气相沉积（PCVDPCVD）。）。气相沉积的特点气相沉积的特点 1 1、工件表面具有较高的硬度（如、工件表面具有较高的硬度（如TiCTiC的硬的硬度为度为3200-4100HV3200-4100HV，TiNTiN的硬度为的硬度为2450HV 2450HV ），），低的摩擦系数和自润滑性；低的摩擦系数和自润滑性； 2 2、

36、高的熔点（、高的熔点（ TiCTiC的熔点为的熔点为31603160，TiNTiN的熔点为的熔点为2950 2950 ），高的化学稳定性及抗粘），高的化学稳定性及抗粘结能力；结能力； 3 3、高的耐腐蚀能力和抗高温氧化能力。、高的耐腐蚀能力和抗高温氧化能力。 一、化学气相沉积一、化学气相沉积n 化学气相沉积是利用气态物质在一定温度在工件表面化学气相沉积是利用气态物质在一定温度在工件表面上进行化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表上进行化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，形成固体沉积膜的的工艺技术。面，形成固体沉积膜的的工艺技术。n 化学气相沉积通常称为化学气相沉积通常称为CV

37、DCVD（Chemical vapor Chemical vapor depositiondeposition的简称）。的简称）。n CVDCVD技术是一种热化学反应过程，是在特定的温度下，技术是一种热化学反应过程，是在特定的温度下，对经过特别处理的零件（包括硬质合金和工具钢）所进行对经过特别处理的零件（包括硬质合金和工具钢）所进行的气态化学反应，即利用含有膜层中各元素的挥发性化合的气态化学反应，即利用含有膜层中各元素的挥发性化合物或单质蒸汽，在热基体表面发生气相化学反应，反应产物或单质蒸汽，在热基体表面发生气相化学反应，反应产物沉积形成涂层的一种表面处理技术。物沉积形成涂层的一种表面处理技术

38、。n CVDCVD技术可用于各种金属成形模具和挤压模具。技术可用于各种金属成形模具和挤压模具。 n 一般情况下，经过处理的零件具有很好的耐磨性能、一般情况下，经过处理的零件具有很好的耐磨性能、抗高温氧化性能和耐腐蚀性能。抗高温氧化性能和耐腐蚀性能。n CVDCVD技术也被广泛应用于各种硬质合金刀片和冲头。技术也被广泛应用于各种硬质合金刀片和冲头。但是，由于但是，由于CVDCVD是一个高温过程，对于大多数的钢质零件，是一个高温过程，对于大多数的钢质零件，在在CVDCVD涂层后要进行再次热处理。涂层后要进行再次热处理。n CVDCVD技术的分类技术的分类 按照沉积化学反应能量激活分，按照沉积化学反

39、应能量激活分，可分为热可分为热CVDCVD技术、等离子化学气相沉积技术（技术、等离子化学气相沉积技术（PCVDPCVD）、）、激光辅助化学气相沉积技术（激光辅助化学气相沉积技术（LCVDLCVD）和金属有机化合物沉）和金属有机化合物沉积（积（MOCVDMOCVD）等。）等。 CVDCVD技术特点技术特点n （1 1）涂层材料具有极高的韧性，硬度可高达）涂层材料具有极高的韧性，硬度可高达HV2500HV250038003800，抗氧化温度可达，抗氧化温度可达900900以上。以上。n （2 2）可同时进行技术处理的工件数量大，可大幅提）可同时进行技术处理的工件数量大，可大幅提高模具制造效率。高模

40、具制造效率。n （3 3） 绕镀性好。可在复杂形状的基体上以及颗粒绕镀性好。可在复杂形状的基体上以及颗粒材料上镀膜。适合涂覆各种复杂形状的工件及带有槽、材料上镀膜。适合涂覆各种复杂形状的工件及带有槽、沟、孔，甚至是盲孔的工件。在高温处理反应器内无需沟、孔，甚至是盲孔的工件。在高温处理反应器内无需旋转零件。旋转零件。n （4 4）无论是具有复杂几何形状或者有内孔的零件，）无论是具有复杂几何形状或者有内孔的零件，都可以实现高度均匀的涂层厚度。都可以实现高度均匀的涂层厚度。CVDCVD技术的缺点技术的缺点n 处理温度较高，气氛中含氯化氢多，如处理温度较高，气氛中含氯化氢多，如处理不当，易污染大气。处

41、理不当，易污染大气。n 为克服上述缺点，用氩气作载体，发展为克服上述缺点，用氩气作载体，发展中温中温CVDCVD法，处理温度法，处理温度750750850850即可。此法即可。此法在耐磨性、耐蚀性方面不亚于高温在耐磨性、耐蚀性方面不亚于高温CVDCVD法。法。模具表面处理模具表面处理-CVD-CVD技术技术 化学气相沉积的应用化学气相沉积的应用n CVD CVD处理的模具形状不受任何限制。处理的模具形状不受任何限制。CVDCVD可以在可以在含碳量大于含碳量大于0.8%0.8%的工具钢、渗碳钢、高速钢、轴承的工具钢、渗碳钢、高速钢、轴承钢、铸铁以及硬质合金等表面上进行。钢、铸铁以及硬质合金等表面

42、上进行。n 气相沉积气相沉积TiCTiC、TiNTiN能应用于挤压模、落料模和能应用于挤压模、落料模和弯曲模，也适用于粉末成型模和塑料模等。在金属弯曲模，也适用于粉末成型模和塑料模等。在金属模具上涂覆模具上涂覆TiCTiC、TiNTiN覆层的工艺，其覆层硬度高达覆层的工艺，其覆层硬度高达3000HV3000HV，且耐磨性好、抗摩擦性能提高、冲模的使，且耐磨性好、抗摩擦性能提高、冲模的使用寿命可提高用寿命可提高1 14 4倍。其中倍。其中CVDCVD涂层技术具有更卓越涂层技术具有更卓越的抗高温氧化性能和强大的涂层结合力，在高速钢的抗高温氧化性能和强大的涂层结合力，在高速钢切边模、挤压模上应用效果

43、良好。切边模、挤压模上应用效果良好。 n 美国将美国将CVDCVD用于紧固件模具，提高寿命用于紧固件模具，提高寿命3 3一一5 5倍；用倍；用CVDCVD技术来沉积技术来沉积TiCTiC和和TiNTiN于拉深凹模，提于拉深凹模，提高寿命高寿命8 8倍。倍。n 目前模具表面处理中应用较多的是铝型材目前模具表面处理中应用较多的是铝型材挤压模具和精密叶片热锻模具，经过处理后，挤压模具和精密叶片热锻模具，经过处理后，有较好的耐磨性和抗疲劳性，使用寿命提高一有较好的耐磨性和抗疲劳性，使用寿命提高一倍，由原来倍，由原来2.5t2.5t的通料量提高到的通料量提高到5t5t。现在。现在CVDCVD技技术发展是

44、以等离子体、电子束、激光束、离子术发展是以等离子体、电子束、激光束、离子束、微波等先进科学技术的成就为基础，向着束、微波等先进科学技术的成就为基础，向着高效、节能、控制高度自动化、精确化的方向高效、节能、控制高度自动化、精确化的方向发展。发展。 二、物理气相沉积二、物理气相沉积 物理气相沉积是用物理方法把欲涂覆的物质沉积在工件物理气相沉积是用物理方法把欲涂覆的物质沉积在工件表面形成膜的过程。是指在真空条件下，采用低电压、大电表面形成膜的过程。是指在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电

45、离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。及其反应产物沉积在工件上。 物理气相沉积通常称为物理气相沉积通常称为PVDPVD（Physical vapor Physical vapor depositiondeposition的简称）。的简称）。 物理气相沉积技术，由于处理温度低，热畸变小，无公物理气相沉积技术，由于处理温度低，热畸变小，无公害，容易获得超硬层，涂层均匀等特点，应用于精密模具表害，容易获得超硬层，涂层均匀等特点，应用于精密模具表面强化处理，显示出良好的应用效果。面强化处理，显示出良好的应用效果。n 物理气相沉

46、积适用范围广泛，几乎所有材料的薄物理气相沉积适用范围广泛，几乎所有材料的薄膜都可以用物理气相沉积来制备，但是薄膜厚度的均膜都可以用物理气相沉积来制备，但是薄膜厚度的均匀性是物理气相沉积中的一个问题。匀性是物理气相沉积中的一个问题。n物理气相沉积常用的方法物理气相沉积常用的方法n 真空蒸镀、溅射镀膜和离子镀。真空蒸镀、溅射镀膜和离子镀。n 采用采用PVDPVD处理获得的处理获得的TiNTiN层可保证将塑料模的使用层可保证将塑料模的使用寿命提高寿命提高3 39 9倍，金属压力加工工具寿命提高倍，金属压力加工工具寿命提高3 35959倍。螺钉头部凸模采用倍。螺钉头部凸模采用TiNTiN层寿命不长，易

47、发生脱落层寿命不长，易发生脱落现象。现象。PVDPVD技术的发展技术的发展n PVD PVD技术出现于二十世纪七十年代末，制备的薄膜技术出现于二十世纪七十年代末，制备的薄膜具有高硬度、低摩擦系数、很好的耐磨性和化学稳定具有高硬度、低摩擦系数、很好的耐磨性和化学稳定性等优点。最初在高速钢刀具领域的成功应用引起了性等优点。最初在高速钢刀具领域的成功应用引起了世界各国制造业的高度重视，人们在开发高性能、高世界各国制造业的高度重视，人们在开发高性能、高可靠性涂层设备的同时，也在硬质合金、陶瓷类刀具可靠性涂层设备的同时，也在硬质合金、陶瓷类刀具中进行了更加深入的涂层应用研究。中进行了更加深入的涂层应用研

48、究。 n PVDPVD技术不仅提高了薄膜与刀具基体材料的结合强技术不仅提高了薄膜与刀具基体材料的结合强度，涂层成分也由第一代的度，涂层成分也由第一代的TiNTiN发展为发展为TiCTiC、TiCNTiCN、ZrNZrN、CrNCrN、MoS2MoS2、TiAlNTiAlN、TiAlCNTiAlCN、TiN-AlNTiN-AlN等多元复合涂层。等多元复合涂层。 n 与与CVDCVD工艺相比，工艺相比，PVDPVD工艺处理温度低，在工艺处理温度低，在600600以下时对刀具材料的抗弯强度无影响；薄膜内部应以下时对刀具材料的抗弯强度无影响；薄膜内部应力状态为压应力，更适于对硬质合金精密复杂刀具力状态

49、为压应力，更适于对硬质合金精密复杂刀具的涂层；的涂层；PVDPVD工艺对环境无不利影响，符合现代绿色工艺对环境无不利影响，符合现代绿色制造的发展方向。制造的发展方向。 n 目前目前PVDPVD涂层技术已普遍应用于硬质合金立铣刀、涂层技术已普遍应用于硬质合金立铣刀、钻头、阶梯钻、油孔钻、铰刀、丝锥、可转位铣刀钻头、阶梯钻、油孔钻、铰刀、丝锥、可转位铣刀片、异形刀具、焊接刀具、塑料模等的涂层处理。片、异形刀具、焊接刀具、塑料模等的涂层处理。 模具表面处理模具表面处理-PVD-PVD技术技术 第五节第五节模具表面的其他处理技术模具表面的其他处理技术一、热喷涂一、热喷涂n 将熔融或半熔融态喷涂材料将熔

50、融或半熔融态喷涂材料, ,喷射并沉积到基体喷射并沉积到基体上上, ,形成覆盖层的一种表面防护技术。形成覆盖层的一种表面防护技术。n 喷涂材料可以是金属、合金、塑料、陶瓷、金喷涂材料可以是金属、合金、塑料、陶瓷、金属陶瓷及它们的复合物属陶瓷及它们的复合物, ,其形态有粉末、棒材和丝材其形态有粉末、棒材和丝材3 3种。被喷涂的基材可以是金属、合金、陶瓷、塑料、种。被喷涂的基材可以是金属、合金、陶瓷、塑料、石膏、木材甚至纸、布等。石膏、木材甚至纸、布等。n 热喷涂大致可分为火焰喷涂、电弧喷涂、等离热喷涂大致可分为火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、激光喷涂、电热热源喷涂以及子喷涂、激光喷涂、电热热源喷涂以及“冷喷冷喷”。在生产中应用的主要是等离子喷涂（在生产中应用的主要是等离子喷涂（4848）和高速）和高速火焰喷涂（火焰喷涂（2525）。）。n 在模具上采用热喷涂金属陶瓷涂层对其表面在模具上采用热