熱作模具鋼H13以及鋁合金壓鑄模的表面改性目前主要在以下兩個方面:
?。?)鐵素體氮碳共滲和硫氮碳共滲技術(shù)和PVD涂層技術(shù)
國內(nèi)外在這兩方面進(jìn)行的研究論文有了發(fā)表, 但具體工業(yè)應(yīng)用報導(dǎo)不多。專門從事材料表面改性技術(shù)的法國HEF集團(tuán)在一些國際性會議上以論文形式報導(dǎo)了H13鋼表面改性工業(yè)應(yīng)用的實例,同時艾福表面處理技術(shù)(上海)有限公司(HEF Shanghai)結(jié)合舍福表面處理技術(shù)有限公司(TS Shanghai)的實踐匯同國外的相關(guān)文獻(xiàn)(尤其是NADCA的專家和Case Western Reserve 大學(xué)教授的工作)作一定描述。
?。?)解決H13鋼表面改性問題的最佳途徑是在模具材料表面涂覆硬膜,使其不被鋁合金熔液潤濕,同時涂覆的硬膜也賦予模具材料表面的腐蝕磨損抗力。國內(nèi)對汽車轉(zhuǎn)向操作系統(tǒng)的鋁合金工件壓鑄成型模具中的挺桿(38CDV5,相當(dāng)于H13鋼)表面沉積3μm厚的CERTESS SD 涂層,其硬度可達(dá)0~4500HV,使用溫度可達(dá)800℃,還可抗鋁合金的黏結(jié),使用壽命提高至10萬次,是未進(jìn)行沉積處理挺桿的6~7倍。
對如何獲得這種不被液態(tài)金屬潤濕的硬質(zhì)膜, Colorado School of Mines(CSM)的D.Zhong和J.J.Moore等提出多層優(yōu)化涂膜的結(jié)構(gòu)是:
①先對H13模具基體進(jìn)行表面改性,如采用鐵素體氮碳共滲或離子滲氮;
②50~100nm的結(jié)合中間層(adhesion interlayer)如Ti或Cr;
?、壅{(diào)整基材和涂層之間由于壓鑄作業(yè)引起的熱殘余應(yīng)力的中間過度層(intermediate graded layer),這可應(yīng)用有限元模擬方法確定,他們舉例認(rèn)為,這取決于所選的工作硬化層,當(dāng)工作層選用Al2O3層時,這中間過渡層為Ti-Al-N梯度層;
④工作涂層,與液態(tài)金屬或玻璃不相潤濕(non wetting), 對Al合金壓鑄,可采用CrN,TiAlN,TiCB和Al2O3等。相應(yīng)多層結(jié)構(gòu)膜總厚在5~8μm之間。
在模具工件上通過PVD技術(shù)獲得優(yōu)異質(zhì)量的涂層, 應(yīng)該依賴于高性能的設(shè)備和能優(yōu)化選擇的工藝參數(shù)。這種設(shè)備最好具有下述技術(shù)要求:
①涂覆處理溫度低;
?、诶@涂性好;
?、弁繉映练e均勻;
?、懿捎迷鰪?qiáng)離化率技術(shù);
?、菥_的涂層成分控制;
?、抟欢ǖ某练e速率;
⑦能進(jìn)行多層復(fù)合涂;
⑧能得到納米結(jié)構(gòu)的涂層;
⑨具有PVD和CVD的工作模式;
?、饽苓呁扛策吙涛g,獲得最佳的涂層質(zhì)量。