纳米陶瓷涂层加工-模具涂层-模具表面处理

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纳米陶瓷涂层加工-模具涂层-模具表面处理
通过对模具进行表面处理特别是对模具进行表面超硬化处理是解决工件表面拉伤问题经济而有效的方法。表面处理方法有多种，比较常用的有：镀层方面，有镀硬铬，化学镀镍磷，刷镀特种合金等;化学热处理方面有各类渗氮，渗硼，渗硫等;表面超硬化处理方面有化学气相沉积(CVD)，物理气相沉积(PVD)，物理化学气相沉积(PVD)，TD覆层处理。
电镀、化学镀、刷镀是通过电化学或化学反应的方法，于工件表面形成合金镀层，工艺不同，合金镀层性能各异。就耐磨抗咬合用途，目前应用较多的是镀硬铬、化学镀镍磷、刷镀镍钨合金等。对于成型负荷较轻，或大型模具采用这些方法有时可以取得一定的效果。这类表面处理存在的问题是一方面由于表面硬化层的硬度相比而言较低，容易出现磨损，而镀层一旦磨损，拉伤又会出现;另一方面，也是好不足的一点是，镀层与基体材料机械结合，在负荷较大的场合，有时使用几次镀层就会剥落，而镀层一旦剥落，其功效也就失去。
化学热处理是将工件放入含某种或某几种化学元素的介质中加热保温，通过工件与介质的物理化学作用，这种或这几种元素渗入工件表面，然后以适当的方式冷却，从而改变了工件表面的成分和组织结构，并赋予工件不同的物理，化学和机械性能。化学热处理的种类很多，根据所渗元素分类为：各种渗碳，各种渗氮，各种氮碳或碳氮共渗，渗硼，渗硫，渗铝，渗锌，渗其它各种金属等。以耐磨，减摩，抗拉伤为目的的化学热处理目前常用的是：渗碳，渗氮，渗硼，渗硫几
采用合适的模具材料辅以氮化，渗硼等
因此后续工序要求严格，稍有不慎，表面硬化层就会遭受破坏，严重制约了其在钢模上的应用，而主要应用于硬质合金等无相变的材料。此外，CVD处理过程中的排放物对环境污染较大。
TD覆层处理是热扩散法碳化物覆层处理Thermal Diffision Carbide Coating Process的简称，国内又名熔盐渗金属，渗钒等，其原理是通过热扩散作用于工件表面形成一层数微米至数十微米的碳化钒覆层。TD覆层处理的主要特点是：其一，覆层硬度高，HV可达3000左右，具有的耐磨，抗拉伤，耐蚀等性能;其二，由于是通过扩散形成的，所以覆层与基体具有冶金结合，这一点对在成型类模具上的应用极其重要;其三，TD覆层处理后可以直接进行淬火，这一点特别适合于各类模具钢材;其四，TD覆层处理可以重复进行。大量的实践证明，在成型类模具上采用该技术具有其它表面处理无法比拟的使用效果，在一些场合具有比硬质合金更好的效果。由于TD覆层处理技术的设备相对而言比较简单，成本较低，，目前该技术在日本、美国等国都已得到广泛的应用。国内七十年代即已开始研究该技术，
成型类模具加工工件时，模具与被加工材料表面相互接触并相对滑动，组成一对接触副或摩擦副。由于材料表面不可能是完全平整的，总存在可以测到的粗糙度，所以真正的接触只发生在微观接触面上。分析表明，微观真实接触面积只是名义上的几何接触面积的一个小部分，由此微观接触面范围内产生很大的机械应力，这些应力由于切向相对运动还会加强，以致受到负荷作用的粗糙面凸峰发生弹性或弹塑性变形，这样摩擦副双方表面的吸附层或反应层会遭到破坏，结果使暴露在表面的原子键联结或多或少地得到加强，这种现象称为粘着作用。当磨擦副发生相对运动时，这种原子键又会相互脱开，原子键脱开并不一定都在原始微观接触处断开，而有可能在磨擦副双方表面层附近断开，其结果是材料从磨擦副的一方转移到磨擦副的另一方上去，这就是所谓的粘着磨损[1]。实验证明，出现粘着磨损的磨擦副的表面非常粗糙，并有拉伤，其程度与法向力，磨擦副之间相对运动速度以及温度等负荷参数有关。当以上负荷参数超过了临界值时，粘着磨损突然加剧，出现所谓胶合现象，极端情况摩擦副间的相对运动停止，出现咬死现象。由上分析可见，工件成型时表面出现拉伤或咬死现象就是粘着磨损所引起的结果。
要减少粘着磨损目前还缺乏统一的选择判据，大多需要依靠经验知识来确定，以下是减少粘磨损所采取的一些基本措施。
1)尽量减少接触副之间的负荷，包括机械与热负荷;
2)避免采用金属配对副，而可采用陶瓷与陶瓷，塑料与塑料，塑料与金属，陶瓷与金属或塑料与陶瓷配对副来代替;
在模具方面，通过改变模具材料或对模具进行表面处理，使被成型材料与模具这对接触副性质发生改变，实践表明，这是解决拉伤问题经济而有效的方法，也是目前广泛采用的方法。
陶瓷涂层指涂层材料为陶瓷的喷涂层。
陶瓷涂层有：高温绝热涂层、耐磨耐冲刷涂层、热处理防护涂层、高温润滑涂层、原子能涂层
陶瓷涂层的特点：耐磨，耐蚀，防粘，高硬度，耐高温，生物相容性好。
陶瓷涂层介绍
陶瓷涂层是覆盖在基本表面的无机保护层或膜的总称。它能改变基体表面的形貌、结构及其化学组成，赋予基底材料新的性能(耐磨，耐蚀，防粘，高硬度，耐高温，生物相容性好)。
组成：氧化物涂层、非氧化涂层、硅酸盐系涂层、复合陶瓷涂层
工艺方法：熔烧涂层、喷涂涂层、气相沉积涂层、电化学工艺图层、溶胶一凝胶涂层、原位反应涂层
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