模具制造中表面工程技术应用和实践

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1、模具制造中表面工程技术应用和实践　　摘要：表面工程是改善机械零件、电子电器元件等基质材料表面性能的一门科学和技术。对于机械零件，表面工程主要用于提高零件表面的耐磨性、耐蚀性、耐热性及抗疲劳强度等力学性能，以保证现代机械在高速、高温、高压、重载以及强腐蚀介质工况下可靠而持续地运行。表面工程中的各项表面技术已应用于各类机电产品中，表面工程是现代制造技术的重要组成部分，是维修与再制造的基本手段。主要探讨模具制造中表面工程技术的应用与实践。关键词：模具制造；表面工程；应用；实践中图分类号：TB文献标识码：A文章编号：1672319

2、8（2013）220195026表面工程对节能、节材、保护环境、支持社会可持续发展发挥着重要作用。专家们预言，表面工程将成为21世纪工业发展的关键技术之一。表面工程已成为从事机电产品设计、制造、维修、再制造工程技术人员必备的知识，成为机电产品不断创新的知识源泉。表面工程技术可以追溯到古代。早在遥远的年代，人类就已在木材表面涂刷桐油来增强木材的强度、抗水性和防虫蛀。进入到20世纪，通过各种物理化学方法在材料表面制造涂层和薄膜，已发展成为比较成熟的系统的工程技术。表面工程的处理对象是金属或非金属的固态表面，改变固体金属表面或非

3、金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状况，以获得所需要表面性能的系统工程，获得所需表面性能的基本途径是改变固态表面的形态、化学成分、组织结构和应力状况。1表面工程技术的选择原则为了更好地加深理解，讨论这些步骤时，以热作模具表面处理工艺的选择为例加以说明。（1）分析零件的工况条件，了解其表面失效形式。热模具是用来使加热的金属获得所需要的形状。这种模具是在反复受热和冷却的条件下进行工作的，变形加工完成得越慢，模具受热的时间越长，受热程度就越严重。另外，热模具工作中还会受到磨损等。因此热模具的表面失效形式主要是：磨损；热强性

4、不足造成塌凹；疲劳剥落和氧化等。（2）设计被处理件表面应需的性能。根据（1）中的分析，热模具表面必须具有良好的热强性（耐热冲击性）、耐磨性、抗氧化性以及抗热疲劳能力。（3）根据设计的表面性能，选择表面涂层材料或者表面层的成分或组织。根据（2）中设计的性能要求以及各工艺的应用指标，涂层可选用TiN、TiC或者Ni基、Co基自熔合金涂层，另外采用CD渗碳亦有较满意的表面性能。6（4）确定表面改性层的厚度。由于热模具钢基体使用态硬度较低，一般在50HRC以下，难以支持那些薄而脆的表面化合物层，如TiN，TiC气相沉淀层（　　（2

5、）获得具有特殊功能的表面。使用表面技术在普通的廉价的材料表面获得某些稀贵金属（如金、铂、钽等）和战略元素（如镍、钴、铬）具有的特殊功能，从而可以节约这些金属材料。比如在Cu中加入Cr可以提高铜的耐腐蚀性能。从Cr-Cu相图可知，用一般的冶金方法不可能产生出Cr含量高于1%的单相铜合金，用激光表面合金化工艺可以在Cu表面获得原子含量为8%、厚约240nm的表面合金层，使耐蚀性大大提高。又如使用离子注入技术在Cu中注入Cr+、Ta+可以提高Cu在H2S气氛中的耐蚀性。（3）节约能源，降低成本，改善环境。使用表面技术在工件表面制

6、备具有优良性能的涂层，可以达到提高热效率、降低能源消耗的目的。比如热工设备和在高温环境中使用的部件，在表面施加隔热涂层，可以减小热量损失，节省燃料。用先进的表面技术代替污染大的一些技术，可以改善作业环境质量。零件的磨损、腐蚀和疲劳现象发生在表面，通过表面的修复、强化，而不必整体改变材料，使材料物尽其用，可以显著地节约材料。表面工程技术可以补救加工超差废品，节约能源和材料。（3）再制造工程不可缺少的手段。6再制造工程是对因磨损、腐蚀、疲劳、断裂等原因造成的重要零部件的局部失效部位，采用先进的表面工程技术，优质、高效、低成本、

7、少污染地恢复其尺寸并改善其性能的系统性的技术工作。显然，再制造工程可以大量地节省因购置新品、库存备件和管理以及停机等所造成的对能源、原材料和经费的浪费，并极大地减少了环境污染及废物的处理。因此，再制造工程已经迅速发展成为一门新的学科。3.2表面工程技术在腐蚀与防护中的应用腐蚀是材料（特别是金属）与环境介质发生相互作用而导致的破坏，腐蚀总是从材料与环境的界面开始。由于制造机器设备的材料总是在某种环境中服役，影响材料腐蚀的因素众多，可以说没有一种材料能在所有的环境条件下都耐蚀。在选择制造材料时需要考虑三个方面的因素：材料在预计

8、服役的环境中的耐蚀性，材料的物理、机械和工艺性能，经济因素。这三个方面需要兼顾。因此，腐蚀控制的目标就不是“不腐蚀”，而是“将机器、设备或零部件的腐蚀控制在合理的、可以接受的水平”。6为了达到这样的目标，腐蚀控制应包括如下的环节：（1）选择恰当的耐蚀材料；（2）设计合理的设备结构；（3）使用正确的制造、