锻模表面强化处理的研究与应用

表面强化处理的目的主要是赋予基体表面所不具备的性能，或者是进一步提高其所固有的性能。这些性能主要是表面的耐磨性、抗咬合性、抗冲击性、抗热黏附性、抗冷热疲劳性及耐蚀性等。各种表面强化方法的主要特性如表6-38所示。

表6-38 各种表面强化方法的主要特性

（1）渗氮 渗氮可使零件表面获得许多可贵的性能，然而常规气体渗氮周期长、生产率低、费用高、对材料要求严格，因而使其在应用上受到一定的限制。目前有许多新的工艺已经日趋成熟，正在生产中被广泛采用，例如离子渗氮、真空渗氮、电解催渗渗氮、氮碳共渗等。

各种渗氮工艺如表6-39所示。

表6-39 各种渗氮工艺

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（2）渗硼 渗硼是模具制造中比较有效的一种化学热处理工艺，渗硼层硬度高（1500～2000HV）、耐磨性好、模具耐热性能显著提高。

常用的渗硼工艺如表6-40所示。

表6-40 常用的渗硼工艺

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（3）真空溅射沉积碳化钛涂层（PVD法）真空溅射沉积碳化钛涂层原理如图6-8所示。其工艺过程为：由机械泵和扩散泵相继抽去钟形罩内的空气，使真空度达1.333×10^－4Pa，然后一边通氮气，一边继续抽真空。此时，碳化钛阴极带有负1～4kV的高压，当灯丝加热至白热并带0～100V负偏压时，就发射电子使钟形罩内的氩气（Ar）电离成氩离子（Ar－）。由于阴极带有负高压，Ar－以极快的速度轰击碳化钛靶，使碳化钛以分子状态溅射，并沉积到工件表面上，从而使工件表面涂上一层超高硬度的碳化钛。溅射处理时，工件并不加热，因为当带有高能量的碳化钛分子溅射沉积到工件表面上时，可使工件温度达到并保持在500℃左右，这样就可以使高速钢工件在回火温度下，在表面上沉积一层碳化钛涂层，从而使锻模表面硬度大大提高。

图6-8 PVD原理图

1—工作台 2—工件 3—灯丝电极 4—阴极靶

PVD涂层主要有以下两种工艺：

1）低温涂层。在700～900℃或更低的温度下进行，沉积室压力为133.3～5332Pa，用1～30dm³／h（标准状态）的气体总流量通入反应室，反应气体为1％～5％四氯化钛和1％～5％甲烷，以氩作载流气体，涂层硬度可达3000～4000HV，具有极高的耐磨性和热稳定性能。

2）混合沉积。碳化钛与氮化钛混合涂层低温沉积工艺是在650～665℃、695～710℃把氮气以21.32dm³／min的流速通入反应器；用流速为1.17cm³／min的氢气把31.68cm³／min的三甲胺通往氮气流而带入反应器；再用4.68dm³／min流速的氮气把80cm³／min的四氯化钛引入反应器进行反应，在高频率加热凸凹模工件表面生成碳化钛与氮化钛混合涂层，其性能比单一的碳化钛或氮化钛涂层更佳。

（4）TD法 利用硼砂作为盐浴向金属表面扩散V、Nb、Ti、Cr等金属元素。由于硼砂熔点为740℃，其分解温度高达1573℃，在渗金属的温度范围内（850～1000℃）极为稳定，而且熔融态的硼砂又能使金属表面洁净，有利于金属元素的吸附。TD法的盐浴配比如表6-41所示。

表6-41 TD法的盐浴配比

①T8A材料温度为1000℃保温6h。

②T12A材料温度为1000℃保温5.5h。