針對(duì)目前我國的模具表面處理技巧的利用現(xiàn)狀，我刊經(jīng)過用戶抽樣問卷調(diào)查發(fā)明，目前，模具制作企業(yè)重要利用的表面處理技巧還是以傳統(tǒng)的表面淬火、滲碳/氮技巧、電鍍與化學(xué)鍍技巧為主，而這些技巧都不同程度地存在表面硬度散布不均、熱處理變形等難以解決等多方面的標(biāo)題。對(duì)于今后的技改方向，大家的共同關(guān)注點(diǎn)在于新技巧的利用，如表面涂層技巧、TD覆層處理技巧、激光表面強(qiáng)化技巧和電子束強(qiáng)化技巧等。以下我們就特別邀請(qǐng)了幾位業(yè)界的技巧專家，分辨對(duì)用戶的這些關(guān)注點(diǎn)做深進(jìn)探討，盼看有益于寬大模具企業(yè)的技巧升級(jí)。
CVD技巧
CVD（化學(xué)氣相沉積）和PVD（物理氣相沉積）技巧均被廣泛利用于模具表面處理，其中CVD涂層技巧具有更出色的抗高溫氧化性能和強(qiáng)盛的涂層結(jié)協(xié)力，在高速鋼切邊模、擠壓模上利用后果良好。
CVD技巧是一種熱化學(xué)反應(yīng)過程，是在特定的溫度下，對(duì)經(jīng)過特別處理的基體零件（包含硬質(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)賭氣相化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物沉積形成涂層的一種表面處理技巧，可實(shí)用于各種金屬成形模具和擠壓模具。一般情況下，經(jīng)過處理的零件具有很好的耐磨性能、抗高溫氧化性能和耐腐化性能。該技巧也被廣泛利用于各種硬質(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.　技巧特點(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℃。涂層厚度范疇是5～12mm，但在有些情況下，涂層厚度可達(dá)20mm，工藝時(shí)間范疇為 8～24h。
CVD技巧具有以下特點(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)行技巧處理的工件數(shù)目大，可大幅提高模具制作效率。
（3）在高溫處理反應(yīng)器內(nèi)無需旋轉(zhuǎn)零件。
（4）無論是具有復(fù)雜幾何外形或者有內(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.　典范的涂層利用
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涂層技巧的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PVD涂層技巧。其原因在于CVD涂層溫度高，涂層結(jié)協(xié)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、擠壓模上利用后果良好。
3.經(jīng)濟(jì)性分析
CVD涂層技巧在模具的表面改性方面，具有十分可觀的經(jīng)濟(jì)性能：
（1）可以提高模具的應(yīng)用壽命，提高模具的耐磨性能，下降產(chǎn)品的模具本錢、
（2）可以明顯提高該模具成形產(chǎn)品零件的表面質(zhì)量，明顯提高生產(chǎn)效率，減低產(chǎn)品報(bào)廢率，提高工藝穩(wěn)固性。
（3）減少模具的保護(hù)時(shí)間和保護(hù)本錢，減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間，提高產(chǎn)能。
愛恩邦德可為客戶供給最佳涂層解決計(jì)劃，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)品應(yīng)用壽命晉升2～20倍以上。
目前，愛恩邦德的CVD涂層技巧已經(jīng)被廣泛利用到汽車、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涂層處理的汽車緊固件模具表面性能大幅提高
TD覆層處理技巧
TD覆層處理是一種表面超硬化處理技巧，是熱擴(kuò)散法碳化物覆層處理（Thermal Diffision Carbide Coating Process）的簡稱，英文簡稱“TD Coating”。
1.　技巧原理及特點(diǎn)
TD覆層處理技巧其原理是將預(yù)制好的工件放進(jìn)硼砂熔鹽混雜物中，在850～1050℃的溫度下通過擴(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，目前利用最廣泛的是碳化釩覆層，重要特點(diǎn)是：
（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、抗拉傷和耐腐化等性能。
（2）由于表面覆層是通過金屬原子的擴(kuò)散作用形成的，因此覆層與基體具有冶金聯(lián)合，結(jié)協(xié)力較鍍硬鉻、PVD或PCVD的鍍層高得多，這一點(diǎn)對(duì)于成形類模具的利用極其重要。
（3）TD覆層厚度可達(dá)4～20mm，覆層致密光滑。
（4）具有極高的耐腐化性能。
（5）可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)處理。
2. TD覆層處理應(yīng)用范疇及實(shí)用材料
TD覆層處理可廣泛利用于解決或改良以下這些標(biāo)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、粘附標(biāo)題，如各類鋼板或有色金屬的拉延、曲折、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標(biāo)題最好的方法之一，并可以提高其應(yīng)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標(biāo)題，如沖裁、冷鐓、粉末冶金等模具或其他零配件，通過TD覆層處理后，可提高應(yīng)用壽命數(shù)倍至數(shù)十倍。
對(duì)于該技巧的實(shí)用材料，只要材料含有必定量的碳元素，如含碳量大于0.3%的各類鋼鐵材料、硬質(zhì)合金等，都可以在工件表面形成VC覆層。但根據(jù)應(yīng)用條件的不同，要獲得良好的應(yīng)用后果和經(jīng)濟(jì)性，材料的選擇頗有講究，建議與專業(yè)的技巧供應(yīng)商共同開展。
3. 利用實(shí)例
（1）汽車沖壓件成形模具
在高強(qiáng)度鋼板和厚料板的沖壓成形過程中，未經(jīng)過表面處理的工件表面拉傷嚴(yán)重，有些甚至無法正常生產(chǎn)。經(jīng)TD覆層處理后，一方面基本上解決了工件表面的拉傷標(biāo)題，無須經(jīng)常停機(jī)修磨模具，提高了生產(chǎn)效率，改良了產(chǎn)品的外觀。另一方面，模具壽命一般可以達(dá)數(shù)十萬件，并能確保沖壓件尺寸的一致性，有效晉升產(chǎn)品品德。
（2）粉末冶金模具
被加工材料為磁鐵粉，本來模具材料Cr12，壽命2～4萬次，后改用Cr12MoV或SKD11，并進(jìn)行TD覆層處理，壽命達(dá)到20～40萬次，壽命提高10倍以上。
TD覆層技巧最早在20世紀(jì)70年代由日本豐田中心研究所研制成功并申請(qǐng)專利，經(jīng)過多年的完善和發(fā)展，已廣泛利用于各類模具和零部件產(chǎn)品上。20世紀(jì)90年代初，長沙特耐金屬材料科技有限公司開端該項(xiàng)技巧的研究工作，經(jīng)過多年的研究和利用摸索，技巧系統(tǒng)成熟，并成功利用于多種模具和零部件上。多年來，我公司已為豐田、本田、大眾、現(xiàn)代和江鈴等汽車配套企業(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)供給模具和零部件表面處理服務(wù)，應(yīng)用戶取得了優(yōu)良的應(yīng)用后果。 TD覆層組織的結(jié)構(gòu)
激光表面強(qiáng)化技巧
激光表面強(qiáng)化技巧目前重要的利用方法有兩種：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)。該技巧非常實(shí)用于盡大部分汽車?yán)幽＞撸葘?shí)用于新制模具，又實(shí)用于在役模具。模具材料包含各類灰鑄鐵、鉻鉬合金鑄鐵及空冷鋼，對(duì)于重復(fù)補(bǔ)焊過或火焰淬火模具亦有明顯強(qiáng)化后果。
1.　技巧亮點(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才能，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)協(xié)力。
（3）激光淬火處理后變形量極小，無須作任何校訂和加工處理。
（4）激光熔焊技巧可對(duì)模具表面局部拉傷等損傷部位進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)后果明顯優(yōu)于其他焊接方法。
（5）具有很高的處理速度，通?？蛇_(dá)0.5m2/h。
（6）只需對(duì)模具磨損部位進(jìn)行針對(duì)性處理，而無須全部處理模具表面。
（7）明顯提高拉延件表面質(zhì)量。
2.　實(shí)際利用
我公司目前已批量對(duì)國內(nèi)十多家汽車企業(yè)進(jìn)行了汽車?yán)幽＜す鈴?qiáng)化處理服務(wù)，均取得了十分明顯的后果。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，表面壽命也從本來火焰淬火時(shí)的20～30件晉升至2000件以上。另外，寶馬新五系側(cè)圍外板、門內(nèi)板及壓邊圈、后門頂?shù)饶＞邞?yīng)用最初表面硬度較低，經(jīng)激光處理后硬度由HRC20左右提高到HRC55以上。華晨寶馬也已正常應(yīng)用一年以上，拉延件表面質(zhì)量良好。
3. 經(jīng)濟(jì)性分析、利用價(jià)值及市場(chǎng)前景
汽車?yán)幽＜す獗砻鎻?qiáng)化的經(jīng)濟(jì)性及利用價(jià)值重要體現(xiàn)在以下方面：
（1）明顯提高修模一次后拉延件的數(shù)目，減少修模時(shí)間，提高拉伸效率和產(chǎn)量。
（2）明顯提高模具壽命，下降模具耗費(fèi)。
（3）明顯提高拉延件表面質(zhì)量。
（4）明顯下降修模工人勞動(dòng)強(qiáng)度及修模用度。
我公司目前已批量對(duì)奔跑、一汽轎車、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企業(yè)進(jìn)行了汽車?yán)幽＜す鈴?qiáng)化處理服務(wù)，均取得了十分明顯的后果。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，表面壽命也從本來火焰淬火時(shí)的20～30件晉升至2000件以上。另外，寶馬新五系側(cè)圍外板、門內(nèi)板及壓邊圈、后門頂?shù)饶＞呓?jīng)激光處理后硬度由HRC20左右提高到HRC55以上。華晨寶馬也已正常應(yīng)用一年以上，拉延件表面質(zhì)量良好。 脈沖高能電子束技巧
近十幾年來，脈沖高能束技巧發(fā)展敏捷，并在表面工程范疇顯示出特有上風(fēng)，得到人們的廣泛器重和研究。
1.　技巧原理及特點(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)，就是通過瞬時(shí)高能量密度作用在材料表層產(chǎn)生一種闊別平衡態(tài)的極端處理?xiàng)l件，使能量影響區(qū)內(nèi)的材料產(chǎn)生質(zhì)量散布、化學(xué)及力學(xué)狀態(tài)變更，終極獲得慣例方法難以達(dá)到的表面結(jié)構(gòu)和應(yīng)用性能。目前，脈沖高能束流重要包含激光束、離子束、電子束和等離子體束幾種。其中，應(yīng)用電子束進(jìn)行表面處理具有以下上風(fēng)：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%，并且無元素注進(jìn)標(biāo)題，真空中進(jìn)行處理可避免氧化和污染標(biāo)題等。
2.　研究及成果
根據(jù)大連理工大學(xué)三束材料改性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究，通過對(duì)強(qiáng)流脈沖電子束能量參數(shù)及具體處理工藝的調(diào)劑，可以實(shí)現(xiàn)模具材料表面薄層內(nèi)的能量沉積地位、沉積強(qiáng)度及作用時(shí)間的配合，從而把持微觀不平整材料和顯微裂紋的往除過程，終極得到光滑均勻的處理表面，并可同時(shí)改良表面耐蝕、耐磨等應(yīng)用性能。
從D2模具鋼表面處理的部分實(shí)驗(yàn)成果圖示中可以看出，經(jīng)電子束拋光處理后的模具表面光滑平整，表面粗糙度值下降到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明顯提高的保護(hù)層。全部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)下降：低摩擦系數(shù)穩(wěn)固周期由原始的70周增加到700周；磨損量明顯下降，磨損體積由原始的10.5×105mm3下降到6×105mm3左右。處理過程中還可以利用合金化的方法參加適量耐磨成分，如Cr和TiN等粉末，進(jìn)一步改良表面性能。
3.　技巧上風(fēng)
（1）應(yīng)用加速電子作為能量輸進(jìn)載體，不需要其他幫助材料的添加，處理過程在真空環(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）微秒脈沖式工作方法可以減少基體受熱，提高能量利用效率，同時(shí)避免材料加工變形。
（4）非接觸工作方法和把持機(jī)動(dòng)的電子束源合適機(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.利用前景
利用脈沖高能束技巧的這種拋光強(qiáng)化復(fù)合處理方法符合主動(dòng)化、高效、節(jié)能和環(huán)保等現(xiàn)代高技巧研究的發(fā)展請(qǐng)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)化技巧，可以提高我國的模具加工和應(yīng)用程度，以迎接高新材料范疇發(fā)展的需求和挑釁。 耐磨焊條
大連理工大學(xué)三束材料改性國家重點(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Nadezhda-2型，開端在強(qiáng)流脈沖電子束表面改性工藝及機(jī)理研究、復(fù)合工藝摸索、新型裝置研制以及合作研究實(shí)用技巧等方面開展研究工作。通過消化接收和自主創(chuàng)新，目前已開發(fā)出國內(nèi)首臺(tái)強(qiáng)流脈沖電子束處理系統(tǒng)，重要參數(shù)包含：脈沖電子束能量可調(diào)節(jié)范疇1～10J/cm2；束斑穩(wěn)固傳輸間隔20～40cm；具有脈寬穩(wěn)固的陽極等離子體源；三維電控真空工作臺(tái)加工范疇30cm×30cm×20CM。