在模具零件加工中,为提升模具的耐磨性、耐腐蚀性、脱模性能以及外观质量 ,常使用以下表面处理方法:
氮化处理
原理:使氮原子渗入模具零件表面,形成富氮硬化层。在一定温度下,含氮介质分解出活性氮原子,被零件表面吸收并向内扩散。
优点:显著提高模具表面硬度,可达 HV1000 - 1200,大幅提升耐磨性;增强耐腐蚀性,氮化层能有效阻止腐蚀介质侵入;同时,氮化处理后零件变形小,能较好保持原有精度。
应用场景:广泛应用于注塑模具的型芯、型腔,压铸模具的模芯等关键零件。
镀硬铬处理
原理:通过电化学方法,将铬酸盐溶液中的铬离子在模具零件表面还原成金属铬,形成一层坚硬的镀铬层。
优点:镀硬铬层硬度高,可达 HV800 - 1000,有效提高模具表面耐磨性;具有良好的耐腐蚀性,能抵御多种化学介质侵蚀;镀铬层表面光洁度高,摩擦系数小,可改善模具脱模性能,使塑料制品更容易从模具中脱出,减少产品表面划伤和变形。
应用场景:常用于塑料模具的型腔、型芯表面,橡胶模具的硫化模表面等。
PVD(物理气相沉积)处理
原理:在高温、高真空环境下,将金属或陶瓷等靶材蒸发、离化后,使其以原子或离子的形式沉积在模具零件表面,形成一层具有特殊性能的薄膜。根据沉积过程的不同,PVD 可分为蒸发镀、溅射镀和离子镀等。
优点:可在模具表面形成硬度极高的薄膜,如氮化钛(TiN)薄膜硬度可达 HV2000 左右,大大提高模具的耐磨性和抗咬合性能;能有效降低模具表面的摩擦系数,提高脱模性能;同时,PVD 处理过程中模具处于较低温度,零件变形小,能较好地保证模具的尺寸精度和形状精度。此外,通过选择不同的靶材和工艺参数,PVD 可制备出具有不同颜色和外观的薄膜,满足模具在装饰性方面的需求。
应用场景:在各类模具制造中得到广泛应用,如冲压模具、注塑模具、压铸模具等。
CVD(化学气相沉积)处理
原理:利用气态的化学物质在高温下发生化学反应,生成的固态产物沉积在模具零件表面,形成一层具有特定性能的涂层。反应过程通常在一个密封的反应釜内进行,通过精确控制反应温度、压力、气体流量和反应时间等参数,来实现对涂层成分、结构和性能的调控。
优点:能够在模具表面形成与基体结合牢固、厚度均匀且性能优异的涂层。涂层硬度极高,耐磨性卓越,例如沉积碳化钛(TiC)涂层的硬度可达 HV3000 - 4000,能显著提高模具在恶劣工作条件下的使用寿命;同时,CVD 涂层还具有良好的耐腐蚀性、抗氧化性和抗热疲劳性能,可有效保护模具基体免受化学介质、高温氧化和热循环载荷的损害。此外,CVD 处理可以在复杂形状的模具表面实现均匀涂覆,能够满足各种高精度、高性能模具的表面处理需求。
应用场景:在一些对模具耐磨性、耐腐蚀性和高温性能要求极高的领域,如航空航天、汽车制造、精密机械加工等行业的模具制造中得到了广泛应用。例如,用于热挤压、热锻等高温成型工艺的模具,以及在恶劣环境下工作的注塑模具、压铸模具等,常常采用 CVD 处理来提高模具的综合性能和使用寿命。
发黑处理
原理:将模具零件放入含有氧化剂的溶液中,在一定温度下,使零件表面发生氧化反应,生成一层黑色或蓝黑色的氧化膜。这层氧化膜主要由四氧化三铁(Fe₃O₄)组成,它紧密地附着在零件表面,起到保护和装饰的作用。
优点:发黑处理工艺相对简单,成本较低,不需要复杂的设备和高昂的材料费用,能够在一定程度上降低模具的生产成本;经过发黑处理后,模具表面形成的氧化膜具有一定的耐腐蚀性,能够在一定程度上保护模具基体免受大气中的水分、氧气和其他腐蚀性介质的侵蚀,延长模具的使用寿命;同时,黑色的氧化膜使模具表面具有良好的外观效果,给人一种稳重、专业的感觉,提升了模具的整体形象。
应用场景:常用于一些对模具耐腐蚀性要求不是特别高,但对外观有一定要求的场合,如普通冲压模具、注塑模具的一些非关键零件等。