針對(duì)目前我國(guó)的模具表面處理技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，我刊經(jīng)過(guò)用戶(hù)抽樣問(wèn)卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前，模具制造企業(yè)主要應(yīng)用的表面處理技術(shù)仍是以傳統(tǒng)的表面淬火、滲碳/氮技術(shù)、電鍍與化學(xué)鍍技術(shù)為主，而這些技術(shù)都不同程度地存在表面硬度分布不均、熱處理變形等難以解決等多方面的問(wèn)題。對(duì)于今后的技改方向，大家的共同關(guān)注點(diǎn)在于新技術(shù)的應(yīng)用，如表面涂層技術(shù)、TD覆層處理技術(shù)、激光表面強(qiáng)化技術(shù)和電子束強(qiáng)化技術(shù)等。以下我們就特別邀請(qǐng)了幾位業(yè)界的技術(shù)專(zhuān)家，分別對(duì)用戶(hù)的這些關(guān)注點(diǎn)做深入探討，希望有益于廣大模具企業(yè)的技術(shù)升級(jí)。
CVD技術(shù)
CVD（化學(xué)氣相沉積）和PVD（物理氣相沉積）技術(shù)均被廣泛應(yīng)用于模具表面處理，其中CVD涂層技術(shù)具有更卓越的抗高溫氧化性能和強(qiáng)大的涂層結(jié)合力，在高速鋼切邊模、擠壓模上應(yīng)用效果良好。
CVD技術(shù)是一種熱化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，是在特定的溫度下，對(duì)經(jīng)過(guò)特別處理的基體零件（包括硬質(zhì)合金和工具鋼）所進(jìn)行的氣態(tài)化學(xué)反應(yīng)，即利用含有膜層中各元素的揮發(fā)性化合物或單質(zhì)蒸汽，在熱基體表面發(fā)生氣相化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物沉積形成涂層的一種表面處理技術(shù)，可適用于各種金屬成形模具和擠壓模具。一般情況下，經(jīng)過(guò)處理的零件具有很好的耐磨性能、抗高溫氧化性能和耐腐蝕性能。該技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于各種硬質(zhì)合金刀片和沖頭。但是，由于CVD是一個(gè)高溫過(guò)程，對(duì)于大多數(shù)的鋼質(zhì)零件，在CVD涂層后要進(jìn)行再次熱處理。
1.  技術(shù)特點(diǎn)
一般的CVD加工處理溫度為：Bernex高溫涂層，900～1050℃；Bernex MT CVD中溫涂層，720～900℃。涂層厚度范圍是5～12mm，但在有些情況下，涂層厚度可達(dá)20mm，工藝時(shí)間范圍為 8～24h。
CVD技術(shù)具有以下特點(diǎn)：
（1）涂層材料具有極高的韌性，硬度可高達(dá)HV2500～3800，抗氧化溫度可達(dá)900℃以上。
（2）可同時(shí)進(jìn)行技術(shù)處理的工件數(shù)量大，可大幅提高模具制造效率。
（3）在高溫處理反應(yīng)器內(nèi)無(wú)需旋轉(zhuǎn)零件。
（4）無(wú)論是具有復(fù)雜幾何形狀或者有內(nèi)孔的零件，都可以實(shí)現(xiàn)高度均勻的涂層厚度。
（5）具有很好的耐高溫氧化性能。
2.  典型的涂層應(yīng)用
在鋁合金的冷鍛、成形、擠壓模具上的HSM涂層、硬質(zhì)合金模具的TiN/TiC涂層等表面處理方面，CVD涂層技術(shù)的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PVD涂層技術(shù)。其原因在于CVD涂層溫度高，涂層結(jié)合力強(qiáng)，涂層可以在5～20mm厚度上進(jìn)行選擇，同時(shí)具有很好的抗高溫氧化性能，因此在高速鋼切邊模、擠壓模上應(yīng)用效果良好。
3.經(jīng)濟(jì)性分析
CVD涂層技術(shù)在模具的表面改性方面，具有十分可觀的經(jīng)濟(jì)性能：
（1）可以提高模具的使用壽命，提高模具的耐磨性能，降低產(chǎn)品的模具成本、
（2）可以顯著提高該模具成形產(chǎn)品零件的表面質(zhì)量，顯著提高生產(chǎn)效率，減低產(chǎn)品報(bào)廢率，提高工藝穩(wěn)定性。
（3）減少模具的維護(hù)時(shí)間和維護(hù)成本，減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間，提高產(chǎn)能。
愛(ài)恩邦德可為客戶(hù)提供最佳涂層解決方案，涂層大多數(shù)是多層沉積，如TiC/TiN、TiCN/Al2O3、TiCN/Al2O3/TiN復(fù)合涂層，可使產(chǎn)品使用壽命提升2～20倍以上。
目前，愛(ài)恩邦德的CVD涂層技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到汽車(chē)、航空緊固件生產(chǎn)用的各種模具中，如高速鋼切邊模、沖頭、成形模、鋁合金冷鍛模、擠壓成形模、厚板以及高強(qiáng)度板成形模具。
經(jīng)Lonbond CVD涂層處理的汽車(chē)緊固件模具表面性能大幅提高
TD覆層處理技術(shù)
TD覆層處理是一種表面超硬化處理技術(shù)，是熱擴(kuò)散法碳化物覆層處理（Thermal Diffision Carbide Coating Process）的簡(jiǎn)稱(chēng)，英文簡(jiǎn)稱(chēng)“TD Coating”。
1.  技術(shù)原理及特點(diǎn)
TD覆層處理技術(shù)其原理是將預(yù)制好的工件放入硼砂熔鹽混合物中，在850～1050℃的溫度下通過(guò)擴(kuò)散作用于工件表面形成金屬碳化物覆層，該碳化物覆層可以是釩、鈮、鉻的碳化物，也可以是其復(fù)合碳化物，目前應(yīng)用最廣泛的是碳化釩覆層，主要特點(diǎn)是： #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
（1）TD覆層具有很高的表面硬度，可達(dá)HV2800～3200，遠(yuǎn)高于氮化和鍍硬鉻等表面處理方法，因而具有極高的表面耐磨、抗拉傷和耐腐蝕等性能。
（2）由于表面覆層是通過(guò)金屬原子的擴(kuò)散作用形成的，因此覆層與基體具有冶金結(jié)合，結(jié)合力較鍍硬鉻、PVD或PCVD的鍍層高得多，這一點(diǎn)對(duì)于成形類(lèi)模具的應(yīng)用極其重要。
（3）TD覆層厚度可達(dá)4～20mm，覆層致密光滑。
（4）具有極高的耐腐蝕性能。
（5）可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)處理。
2. TD覆層處理使用范圍及適用材料
TD覆層處理可廣泛應(yīng)用于解決或改善以下這些問(wèn)題：
（1）由粘著磨損所引起的模具與工件或工件與工件之間的拉傷、粘附問(wèn)題，如各類(lèi)鋼板或有色金屬的拉延、彎曲、翻邊、滾壓成形和壓鑄成形等模具或其他相互接觸并有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的工件表面，采用TD覆層處理是目前解決此類(lèi)問(wèn)題最好的方法之一，并可以提高其使用壽命數(shù)倍至數(shù)十倍。
（2）由磨粒磨損、粘著磨損、摩擦氧化或其共同作用而引起的工件尺寸超差等問(wèn)題，如沖裁、冷鐓、粉末冶金等模具或其他零配件，通過(guò)TD覆層處理后，可提高使用壽命數(shù)倍至數(shù)十倍。
對(duì)于該技術(shù)的適用材料，只要材料含有一定量的碳元素，如含碳量大于0.3%的各類(lèi)鋼鐵材料、硬質(zhì)合金等，都可以在工件表面形成VC覆層。但根據(jù)使用條件的不同，要獲得良好的使用效果和經(jīng)濟(jì)性，材料的選擇頗有講究，建議與專(zhuān)業(yè)的技術(shù)供應(yīng)商共同開(kāi)展。
3. 應(yīng)用實(shí)例
（1）汽車(chē)沖壓件成形模具
在高強(qiáng)度鋼板和厚料板的沖壓成形過(guò)程中，未經(jīng)過(guò)表面處理的工件表面拉傷嚴(yán)重，有些甚至無(wú)法正常生產(chǎn)。經(jīng)TD覆層處理后，一方面根本上解決了工件表面的拉傷問(wèn)題，無(wú)須經(jīng)常停機(jī)修磨模具，提高了生產(chǎn)效率，改善了產(chǎn)品的外觀。另一方面，模具壽命一般可以達(dá)數(shù)十萬(wàn)件，并能確保沖壓件尺寸的一致性，有效提升產(chǎn)品品質(zhì)。
（2）粉末冶金模具
被加工材料為磁鐵粉，原來(lái)模具材料Cr12，壽命2～4萬(wàn)次，后改用Cr12MoV或SKD11，并進(jìn)行TD覆層處理，壽命達(dá)到20～40萬(wàn)次，壽命提高10倍以上。
TD覆層技術(shù)最早在20世紀(jì)70年代由日本豐田中央研究所研制成功并申請(qǐng)專(zhuān)利，經(jīng)過(guò)多年的完善和發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于各類(lèi)模具和零部件產(chǎn)品上。20世紀(jì)90年代初，長(zhǎng)沙特耐金屬材料科技有限公司開(kāi)始該項(xiàng)技術(shù)的研究工作，經(jīng)過(guò)多年的研究和應(yīng)用摸索，技術(shù)體系成熟，并成功應(yīng)用于多種模具和零部件上。多年來(lái)，我公司已為豐田、本田、大眾、現(xiàn)代和江鈴等汽車(chē)配套企業(yè)，以及其他家電、五金、制管等行業(yè)的數(shù)百家零部件生產(chǎn)企業(yè)提供模具和零部件表面處理服務(wù)，使用戶(hù)取得了優(yōu)異的使用效果。 TD覆層組織的結(jié)構(gòu)
激光表面強(qiáng)化技術(shù)
激光表面強(qiáng)化技術(shù)目前主要的應(yīng)用方式有兩種：一是模具表面激光淬火硬化，二是模具表面局部損傷部位的激光熔焊修復(fù)。該技術(shù)非常適用于絕大部分汽車(chē)?yán)幽＞?，既適用于新制模具，又適用于在役模具。模具材料包括各類(lèi)灰鑄鐵、鉻鉬合金鑄鐵及空冷鋼，對(duì)于反復(fù)補(bǔ)焊過(guò)或火焰淬火模具亦有顯著強(qiáng)化效果。
1.  技術(shù)亮點(diǎn)
（1）激光淬火層硬度達(dá)HV800～1100，具有極好的耐磨性和抗拉傷能力，一次修模后壽命較火焰淬火提高5～50倍。
（2）激光淬火層硬度、層深均勻，與基體有很強(qiáng)的結(jié)合力。
（3）激光淬火處理后變形量極小，無(wú)須作任何校正和加工處理。
（4）激光熔焊技術(shù)可對(duì)模具表面局部拉傷等損傷部位進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)效果明顯優(yōu)于其他焊接方法。
（5）具有很高的處理速度，通常可達(dá)0.5m2/h。
（6）只需對(duì)模具磨損部位進(jìn)行針對(duì)性處理，而無(wú)須全部處理模具表面。
（7）顯著提高拉延件表面質(zhì)量。
2.  實(shí)際應(yīng)用
我公司目前已批量對(duì)國(guó)內(nèi)十多家汽車(chē)企業(yè)進(jìn)行了汽車(chē)?yán)幽＜す鈴?qiáng)化處理服務(wù)，均取得了十分顯著的效果。例如，在對(duì)北汽福田歐曼重卡保險(xiǎn)杠拉延模進(jìn)行激光表面處理后，其筋條表面硬度可達(dá)HRC55～58，表面壽命也從原來(lái)火焰淬火時(shí)的20～30件提升至2000件以上。另外，寶馬新五系側(cè)圍外板、門(mén)內(nèi)板及壓邊圈、后門(mén)頂?shù)饶＞呤褂米畛醣砻嬗捕容^低，經(jīng)激光處理后硬度由HRC20左右提高到HRC55以上。華晨寶馬也已正常使用一年以上，拉延件表面質(zhì)量良好。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
3. 經(jīng)濟(jì)性分析、應(yīng)用價(jià)值及市場(chǎng)前景
汽車(chē)?yán)幽＜す獗砻鎻?qiáng)化的經(jīng)濟(jì)性及應(yīng)用價(jià)值主要體現(xiàn)在以下方面：
（1）顯著提高修模一次后拉延件的數(shù)量，減少修模時(shí)間，提高拉伸效率和產(chǎn)量。
（2）顯著提高模具壽命，降低模具消耗。
（3）顯著提高拉延件表面質(zhì)量。
（4）顯著降低修模工人勞動(dòng)強(qiáng)度及修模費(fèi)用。
我公司目前已批量對(duì)奔馳、一汽轎車(chē)、華晨寶馬、華晨金杯、北汽福田和上汽通用五菱等十多家汽車(chē)企業(yè)進(jìn)行了汽車(chē)?yán)幽＜す鈴?qiáng)化處理服務(wù)，均取得了十分顯著的效果。例如，在對(duì)北汽福田歐曼重卡保險(xiǎn)杠拉延模進(jìn)行激光表面處理后，其筋條表面硬度可達(dá)HRC55～58，表面壽命也從原來(lái)火焰淬火時(shí)的20～30件提升至2000件以上。另外，寶馬新五系側(cè)圍外板、門(mén)內(nèi)板及壓邊圈、后門(mén)頂?shù)饶＞呓?jīng)激光處理后硬度由HRC20左右提高到HRC55以上。華晨寶馬也已正常使用一年以上，拉延件表面質(zhì)量良好。 脈沖高能電子束技術(shù)
近十幾年來(lái)，脈沖高能束技術(shù)發(fā)展迅速，并在表面工程領(lǐng)域顯示出特有優(yōu)勢(shì)，得到人們的廣泛重視和研究。
1.  技術(shù)原理及特點(diǎn)
利用脈沖高能束可以實(shí)現(xiàn)多種表面處理工藝，究其本質(zhì)，就是通過(guò)瞬時(shí)高能量密度作用在材料表層產(chǎn)生一種遠(yuǎn)離平衡態(tài)的極端處理?xiàng)l件，使能量影響區(qū)內(nèi)的材料發(fā)生質(zhì)量分布、化學(xué)及力學(xué)狀態(tài)變化，最終獲得常規(guī)方法難以達(dá)到的表面結(jié)構(gòu)和使用性能。目前，脈沖高能束流主要包括激光束、離子束、電子束和等離子體束幾種。其中，使用電子束進(jìn)行表面處理具有以下優(yōu)勢(shì)：以加速電子為能量載體，與材料表面相互作用時(shí)能量轉(zhuǎn)化效率比激光處理高出70%～80%，并且無(wú)元素注入問(wèn)題，真空中進(jìn)行處理可避免氧化和污染問(wèn)題等。
2.  研究及成果
根據(jù)大連理工大學(xué)三束材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究，通過(guò)對(duì)強(qiáng)流脈沖電子束能量參數(shù)及具體處理工藝的調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)模具材料表面薄層內(nèi)的能量沉積位置、沉積強(qiáng)度及作用時(shí)間的配合，從而控制微觀不平整材料和顯微裂紋的去除過(guò)程，最終得到光滑均勻的處理表面，并可同時(shí)改善表面耐蝕、耐磨等使用性能。
從D2模具鋼表面處理的部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖示中可以看出，經(jīng)電子束拋光處理后的模具表面光滑平整，表面粗糙度值降低到Ra0.2mm以下，在模具處理表面上形成一層組織細(xì)膩，耐磨和耐蝕性能均有顯著提高的保護(hù)層。整個(gè)改性層的深度在幾十微米左右，并且強(qiáng)流脈沖電子束表面拋光強(qiáng)化處理沒(méi)有影響基體組織。
在載荷100N、位移150mm和循環(huán)次數(shù)5000次的條件下經(jīng)微動(dòng)磨損實(shí)驗(yàn)測(cè)試，D2模具鋼處理面的摩擦系數(shù)降低：低摩擦系數(shù)穩(wěn)定周期由原始的70周增加到700周；磨損量明顯降低，磨損體積由原始的10.5×105mm3降低到6×105mm3左右。處理過(guò)程中還可以利用合金化的方法加入適量耐磨成分，如Cr和TiN等粉末，進(jìn)一步改善表面性能。
3.  技術(shù)優(yōu)勢(shì)
（1）使用加速電子作為能量輸入載體，不需要其他輔助材料的添加，處理過(guò)程在真空環(huán)境下完成，所以不會(huì)對(duì)處理表面產(chǎn)生污染。
（2）高能量密度與表面薄層集中加熱模式可勝任高熔點(diǎn)、強(qiáng)韌材料的表面高效拋光。
（3）微秒脈沖式工作方式可以減少基體受熱，提高能量利用效率，同時(shí)避免材料加工變形。
（4）非接觸工作方式和操作靈活的電子束源適合機(jī)械化、大面積的表面處理。
（5）處理層形成具有高強(qiáng)和耐蝕的顯微組織，提高材料的表面性能。
4.應(yīng)用前景
應(yīng)用脈沖高能束技術(shù)的這種拋光強(qiáng)化復(fù)合處理方法符合自動(dòng)化、高效、節(jié)能和環(huán)保等現(xiàn)代高技術(shù)研究的發(fā)展要求。發(fā)展這種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的模具電拋光強(qiáng)化技術(shù)，可以提高我國(guó)的模具加工和使用水平，以迎接高新材料領(lǐng)域發(fā)展的需求和挑戰(zhàn)。 耐磨焊條
大連理工大學(xué)三束材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室郝勝智先生
大連理工大學(xué)三束材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室于1996年率先引進(jìn)俄產(chǎn)強(qiáng)流脈沖電子束設(shè)備N(xiāo)adezhda-2型，開(kāi)始在強(qiáng)流脈沖電子束表面改性工藝及機(jī)理研究、復(fù)合工藝探索、新型裝置研制以及合作研究實(shí)用技術(shù)等方面開(kāi)展研究工作。通過(guò)消化吸收和自主創(chuàng)新，目前已開(kāi)發(fā)出國(guó)內(nèi)首臺(tái)強(qiáng)流脈沖電子束處理系統(tǒng)，主要參數(shù)包括：脈沖電子束能量可調(diào)節(jié)范圍1～10J/cm2；束斑穩(wěn)定傳輸距離20～40cm；具有脈寬穩(wěn)定的陽(yáng)極等離子體源；三維電控真空工作臺(tái)加工范圍30cm×30cm×20CM。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#