模具表面處理技術(shù)的案例
四種模具表面處理技術(shù)
模具的表面處理技術(shù)
模具在工作中，除了要求基體具有足夠高的強度和韌性的合理配合外，其表面性能對模具的工作性能和使用壽命至關(guān)重要。這些表面性能指：耐磨損性能、耐腐蝕性能、摩擦系數(shù)、疲勞性能等。
這些性能的改善，單純依賴基體材料的改進(jìn)和提高是非常有限的，也是不經(jīng)濟的，而通過表面處理技術(shù)，往往可以收到事半功倍的效果，這也正是表面處理技術(shù)得到迅速發(fā)展的原因。
模具的表面處理技術(shù)，是通過表面涂覆、表面改性或復(fù)合處理技術(shù)，改變模具表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)，以獲得所需表面性能的系統(tǒng)工程。
從表面處理的方式上，又可分為：化學(xué)方法、物理方法、物理化學(xué)方法和機械方法。雖然旨在提高模具表面性能新的處理技術(shù)不斷涌現(xiàn)，但在模具制造中，應(yīng)用較多的主要的滲氮、滲碳和硬化膜沉積。
1、滲氮
滲氮工藝有氣體滲氮、離子滲氮和液體滲氮等方式。每一種滲氮方式中，都有若干種滲氮技術(shù)，可以適應(yīng)不同鋼種、不同工件的要求。
由于滲氮技術(shù)可以形成優(yōu)良性能的表面，并且滲氮工藝與模具鋼的淬火工藝有良好的協(xié)調(diào)，同時，滲氮溫度低，滲氮后不需激烈冷卻，模具的變形極小，因此，模具的表面強化是采用滲氮技術(shù)較早，也是應(yīng)用最廣泛的。
2、滲碳
模具滲碳的目的，主要是為了提高模具的整體強韌性，即模具的工作表面具有高的強度和耐磨性。由此引入的技術(shù)思路是，用較低級的材料，即通過滲碳淬火來代替較高級別的材料，從而降低制造成本。
3、硬化膜沉積
硬化膜沉積技術(shù)，目前較成熟的是CVD和PVD。為了增加膜層與工件表面的結(jié)合強度，現(xiàn)在發(fā)展了多種增強型CVD、PVD技術(shù)。
展開 不銹鋼焊管模具表面超硬化處理技術(shù)
不銹鋼焊管是在焊管成型機上，由不銹鋼板經(jīng)若干道模具碾壓成型并經(jīng)焊接而成。由于不銹鋼的強度較高，且其結(jié)構(gòu)為面心立方晶格，易形成加工硬化，使焊管成型時：一方面模具要承受較大的摩擦力，使模具容易磨損；另一方面，不銹鋼板料易與模具表面形成粘結(jié)（咬合），使焊管及模具表面形成拉傷。因此，好的不銹鋼成型模具必須具備極高的耐磨和抗粘結(jié)（咬合）性能。我們對進(jìn)口焊管模具的分析表明，該類模具的表面處理都是采用超硬金屬碳化物或氮化物覆層處理。 不銹鋼焊管成型模具材料一般是由高碳高鉻的Cr12MoV（或SRD11，D2，DC53）制成。目前國內(nèi)普遍采用如下工藝流程制作模具：下料→粗加工→熱處理（高溫淬火加高溫回火）→精加工→氮化→成品（注：為節(jié)省成本，一般生產(chǎn)廠家現(xiàn)在都省去了鍛造與球化退火兩道耗時，費財工序）。
展開 模具的表面處理－－神奇的表面工程
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展開 表面處理技術(shù)分享（第十一講：鋅合金常見的表面處理技術(shù)介紹與技術(shù)選型建議）
未經(jīng)處理的鋅合金表面存在兩大主要問題：
Ⅰ 易腐蝕：在潮濕或有腐蝕性的環(huán)境中，鋅合金表面容易氧化、生銹，影響外觀和使用壽命。
Ⅱ 硬度低：表面硬度不足，容易產(chǎn)生劃痕、磨損，影響產(chǎn)品的質(zhì)感和功能性。
而通過表面處理，可以賦予鋅合金新的“超能力”：
★ 防護力MAX：形成一層堅固的“鎧甲”，有效抵御腐蝕和磨損。
★ 顏值UP：獲得從啞光、拉絲到鏡面的各種炫酷外觀和豐富色彩。
★ 功能解鎖：賦予表面特殊功能，如導(dǎo)電性、絕緣性、自清潔性等。
一、技術(shù)分類體系
鋅合金表面處理技術(shù)可按處理原理分為四大類：
1、化學(xué)處理技術(shù)：
通過化學(xué)反應(yīng)在表面形成保護膜，包括化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理、化學(xué)鍍、鈍化處理等。
2、電化學(xué)處理技術(shù)：
利用電解原理進(jìn)行處理，包括電鍍、陽極氧化、電解拋光等。
3、物理處理技術(shù)：
通過物理手段改變表面微觀結(jié)構(gòu)，包括機械處理、熱處理、氣相沉積等。
4、復(fù)合處理技術(shù)：
將兩種或多種方法結(jié)合，以獲得更優(yōu)異的表面性能。
二、主流表面處理技術(shù)盤點
下面就從化學(xué)處理、電化學(xué)處理、物理處理和復(fù)合處理四大方面詳細(xì)闡述工藝原理，主要特點和應(yīng)用領(lǐng)域。
三、技術(shù)選擇參考建議
3.1 明確產(chǎn)品的四大核心需求：
3.1.1 應(yīng)用環(huán)境
* 海洋/高鹽霧環(huán)境：對耐腐蝕性要求極高，優(yōu)先選擇熱浸鍍鋅或鋅-鎳合金電鍍。
* 高溫環(huán)境（如發(fā)動機部件）：需要材料具備出色的耐高溫性能，鋅-鎳合金電鍍和化學(xué)鍍鎳是理想選擇。
* 室內(nèi)裝飾件：對耐腐蝕性要求不高，但對外觀顏值要求高。鍍鉻、PVD鍍膜或拉絲+陽極氧化能提供絕佳的視覺效果。
* 通用工業(yè)環(huán)境：在性能和成本間尋求平衡，化學(xué)鍍鎳或鍍鎳+鍍鉻是常見選擇。
展開 
關(guān)于PVD 表面處理技術(shù)及其應(yīng)用
鑲塊通過PVD 處理，表面光潔度得到很大提升，在沖壓過程中，板料與模具的摩擦力減少，產(chǎn)品的拉傷問題可以得到很好的解決，再加上模具表面硬化，可以減緩模具的磨損速度，提升模具的使用壽命，而且模具可以反復(fù)做PVD 處理，亦可以大大延長模具的使用周期。
表2 復(fù)合涂層相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的檢驗方法與標(biāo)準(zhǔn)
結(jié)束語
PVD 鍍膜技術(shù)鍍出的膜層，具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蝕性及化學(xué)穩(wěn)定性，膜層的壽命更長，經(jīng)過批量的應(yīng)用及生產(chǎn)驗證，不僅汽車沖壓件的拉傷問題得到了長期的解決，而且對比其他表面處理技術(shù)，PVD 表面處理技術(shù)具有基材不易變形、不易開裂、可反復(fù)鍍膜的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于沖壓模具領(lǐng)域，大大解決了模具拉毛問題及汽車外覆蓋件面品問題。
作者簡介
鄒華娟
沖壓工藝工程師，主要從事模具工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計，并研究冷沖壓模具的表面處理工藝等工作，其參與的《既環(huán)保又降本的新工藝運用——PPD》項目獲公司科技進(jìn)步獎三等獎，《C5C6 高速自動化模具改造項目》獲公司科技進(jìn)步獎二等獎。
——來源：《鍛造與沖壓》2021年第4期
展開 表面處理技術(shù)分享（第九講：表面處理技術(shù)關(guān)鍵評價指標(biāo)及方法）
ASTM B137-89：陽極氧化涂層重量和表觀密度測試方法
二、核心表面技術(shù)評價指標(biāo)與測試方法
三、核心化學(xué)性能測試方法
結(jié)語：
全球表面處理技術(shù)評價體系已形成以ISO為核心，ASTM、DIN、JIS、GB/T、EN等標(biāo)準(zhǔn)體系并存的多元化格局。各標(biāo)準(zhǔn)體系在基礎(chǔ)技術(shù)要求方面逐步趨同，但在特定行業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域仍保持差異化，以滿足特殊需求。
表面處理技術(shù)分享（第十二講：表面處理技術(shù)化學(xué)品國內(nèi)外廠家舉例）
主要表面工藝技術(shù)的國內(nèi)外化學(xué)品廠家匯總列舉如下：
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表面處理技術(shù)分享（第六講：ADC12與AL6063兩種鋁合金表面處理技術(shù)解析）
然而，這兩種材料在表面處理技術(shù)上卻有著顯著的差異。
一、材料特性與表面處理必要性
ADC12屬于Al-Si-Cu系壓鑄鋁合金，含鋁86-92%、硅9.6-12.0%、銅1.5-3.5%，流動性優(yōu)異，適合制造氣缸蓋罩、傳感器支架等復(fù)雜壓鑄件。AL6063為Al-Mg-Si系變形鋁合金，鋁為余量，硅0.2-0.6%、鎂0.45-0.9%，擠壓性能好，廣泛用于建筑門窗、幕墻框架等型材。
鋁合金天然氧化膜僅0.01-0.1微米，防護性有限，易腐蝕且難以滿足多樣化性能需求。表面處理不僅能提升耐腐蝕性、耐磨性和裝飾性，還可賦予導(dǎo)電、絕緣等特殊功能。
二、核心表面處理技術(shù)對比介紹
三、兩種材料的表面處理技術(shù)對比
應(yīng)用場景參考:
結(jié)語：
ADC12和AL6063由于化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)的顯著差異，在表面處理適用性方面表現(xiàn)截然不同。ADC12作為高硅壓鑄鋁合金，表面處理面臨更多挑戰(zhàn)；AL6063作為成分簡單的變形鋁合金，具有優(yōu)異的表面處理性能。
選擇建議：
對于ADC12，建議優(yōu)先考慮粉末噴涂、電泳涂裝、化學(xué)鍍等技術(shù)；對于外觀要求較高的場合，可考慮特殊陽極氧化工藝，但成本較高。對于AL6063，陽極氧化是首選技術(shù)，能獲得優(yōu)異的裝飾和防護效果；其次可選擇電泳涂裝、粉末噴涂等技術(shù)。
展開 表面處理技術(shù)分享（第七講：鋁合金中微量元素對表面處理鹽霧效果的影響解析）
◎ 析出強化：熱處理過程中析出細(xì)小彌散的強化相。
◎ 晶粒細(xì)化：形成化合物彌散質(zhì)點阻礙晶粒長大。
◎ 第二相形成：既可能有益（強化相）也可能有害（腐蝕源）。
二、主流表面處理工藝
1、陽極氧化。分為硫酸（裝飾性）、鉻酸（高耐蝕）、硬質(zhì)（耐磨），應(yīng)用于建筑型材和電子部件。
2、化學(xué)氧化。分為鉻酸鹽和無鉻轉(zhuǎn)化，應(yīng)用于涂裝底層和特殊防護件。
3、電鍍。步驟為預(yù)浸鋅處理、化學(xué)鍍鎳和表面鍍鉻，應(yīng)用于模具和航空結(jié)構(gòu)件。
4、噴涂。分為粉末、氟碳、聚丙烯和環(huán)氧幾種，應(yīng)用于建筑外墻和汽車部件。
三、微量元素對鹽霧性能的直接影響
各微量元素對鋁合金鹽霧耐蝕性的影響具有雙重性，如下表所示:
四、微量元素與表面處理工藝的交互作用
五、基于合金系列的工藝選擇參考
實用建議如下：
? 嚴(yán)格控制有害元素含量（特別是Fe、Cu）。
? 根據(jù)合金成分選擇最合適的表面處理工藝。
? 針對特殊合金調(diào)整工藝參數(shù)。
? 建立基于微量元素控制的質(zhì)保體系。
? 結(jié)合鹽霧測試與實際服役環(huán)境進(jìn)行綜合評估。
結(jié)語：
鋁合金中微量元素對表面處理鹽霧效果的影響是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。通過深入理解各元素的作用機制，建立基于成分的工藝優(yōu)化策略，可以有效提升鋁合金制品的耐腐蝕性能，滿足不同應(yīng)用場景的需求。在實際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)具體合金成分選擇合適的表面處理工藝，并針對微量元素的影響進(jìn)行相應(yīng)的工藝參數(shù)調(diào)整，才能獲得最佳的鹽霧防護效果。
如下匯總表供參考:
展開 表面處理技術(shù)分享（第二十講：塑件的表面處理方法匯總簡述）
一、塑件的表面清潔技術(shù)
表面清潔是塑料件可以進(jìn)行后續(xù)處理的基礎(chǔ)，核心目標(biāo)是去除油污、脫模劑殘留等污染物，同時提升表面活性，為后續(xù)工藝鋪路。下面就簡述幾種表面清潔技術(shù)：
1、等離子清洗技術(shù)
通過高壓電場將氬氣、氧氣等氣體電離為低溫等離子體（30-50℃），利用活性粒子（離子、自由基）與表面發(fā)生物理轟擊和化學(xué)反應(yīng)，實現(xiàn)污染物去除與表面活化。這種處理方式的優(yōu)勢在于非接觸式處理，不損傷基材，清潔效率高，還能引入極性基團（如氨基、羥基），讓表面接觸角降至10°以下，大幅提升親水性。適用于精密塑膠件（如電子元件外殼、醫(yī)療耗材）的預(yù)處理，尤其適合熱敏性材料。
2、超聲波清洗技術(shù)
利用20-40kHz高頻聲波產(chǎn)生的空化效應(yīng)，形成微射流沖擊塑件表面，深入縫隙剝離油污和灰塵。該技術(shù)操作簡單，對塑件表面無損傷，適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)件（如帶凹槽的塑膠外殼、精密齒輪）的批量清洗，常配合水基或溶劑基清洗液使用，清洗時間5-30分鐘即可見效。
二、表面改性技術(shù)
針對PP、PE等非極性、低表面能的塑件（表面張力僅29-31 dynes/cm），表面改性技術(shù)通過激活表面分子，提升表面附著力，是噴涂、粘接前的關(guān)鍵步驟。
1、電暈處理技術(shù)
通過針狀與平板電極產(chǎn)生等離子體，使塑件表面交聯(lián)、粗糙，快速提升表面張力。處理速度快（0.5-5m/s），可在線連續(xù)作業(yè)，適合塑料薄膜、片材等平面材料，廣泛用于包裝行業(yè)的印刷預(yù)處理，成本低且效果穩(wěn)定。
2、火焰處理技術(shù)
將塑件表面暴露在800-1200℃的受控火焰中，通過氧化作用激活表面，引入羥基、羧基等極性基團。處理速度極快，適合PP、PE等低表面能材料的批量生產(chǎn)（如汽車保險杠、塑膠管材），但需精準(zhǔn)控制火焰距離（10-30mm）和速度，避免基材過熱。
展開 表面處理技術(shù)分享（第十三講：鋁合金表面處理工藝分類及特性分類匯總簡述）
下面著重梳理了鋁合金從基礎(chǔ)的前處理到高端功能性處理的表面處理工藝分類、原理與特性，供大家參考分享:
表面處理技術(shù)分享（第十講：鋁合金表面處理工藝NSS測試的對比驗證）
◎ 作為涂層底層：無鉻鈍化是當(dāng)前環(huán)保要求下的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)處理工藝。
在實際應(yīng)用中，最強大的防護體系往往是“組合拳”，例如：脫脂 → 酸洗 → 無鉻鈍化 → 陰極電泳 → 粉末噴涂。這個組合可以提供長達(dá)數(shù)千小時的鹽霧防護能力，足以應(yīng)對絕大多數(shù)惡劣環(huán)境。
表面處理延長模具使用壽命
這些產(chǎn)品易于粘附到拋光的保護層上，但是用輕微的噴丸打碎表面改善了脫模。添加鎳-PTFE涂層將使你得到更好的脫模性能。
總結(jié)：如果你正在尋找提高模具性能的方法，正確地結(jié)合表面處理和保護層能提供額外的好處，延長預(yù)防性維護之間的生產(chǎn)時間。涂層供應(yīng)商可以成為培訓(xùn)員工的一個有價值的資源，培訓(xùn)你所使用的涂層如何隨時間的變遷而磨損以及減少停機時間和削減成本的途徑。
原載國際模具制造商情 (http://www.newmaker.com)
模具表面強化處理方法介紹
表面強化處理方法很多,主要有滲碳、滲氮、滲硫、滲硼、氮碳共滲、滲金屬等。采用不同的表面強化處理工藝,可使模具使用壽命提高幾倍甚至于幾十倍,近幾年又出現(xiàn)了一些表面強化工藝,本文著重四個方面介紹,供同行參考。
1.離子滲氮,為了提高模具的抗蝕性、耐磨性、抗熱疲勞和防粘附性能,可采用離子滲氮。離子滲氮的突出優(yōu)點是顯著地縮短了滲氮時間,可通過不同氣體組份調(diào)節(jié)控制滲層組織,降低了滲氮層的表面脆性,變形小,滲層硬度分布曲線較平穩(wěn),不易產(chǎn)生剝落和熱疲勞。可滲的基體材料比氣體滲氮廣,無毒,不會爆炸,生產(chǎn)安全,但對形狀復(fù)雜模具,難以獲得均勻的加熱和均勻的滲層,且滲層較淺,過渡層較陡,溫度測定及溫度均勻性仍有待于解決。
離子滲氮溫度以450~520℃為宜,經(jīng)處理6~9h后,滲氮層深約0.2~0.3mm。溫度過低,滲層太薄;溫度過高,則表層易出現(xiàn)疏松層,降低抗粘模能力。離子滲氮其滲層厚度以0.2~0.3mm為宜。磨損后的離子滲氮模具,經(jīng)修復(fù)和再次離子滲氮后,可投入使用,從而可大大地提高模具的總使用壽命。
2.氮碳共滲,氮碳共滲工藝溫度較低(560~570℃),變形量小,經(jīng)處理的模具鋼表面硬度高達(dá)900~1000HV,耐磨性好,耐蝕性強,有較高的高溫硬度,可用于壓鑄模、冷鐓模、冷擠模、熱擠模、高速鍛模及塑料模,分別可提高使用壽命1~9倍。但氣體氮碳共滲后常發(fā)生變形,膨脹量占化合物厚度的25%左右,不宜用于精密模具。處理前必經(jīng)去退火和消除殘余。
例如:Cr12MoV鋼制鋼板彈簧孔沖孔凹模,經(jīng)氣體氮碳共滲和鹽浴滲釩處理后,可使模具壽命提高3倍。又如:60Si2鋼制冷鐓螺釘沖頭,采用預(yù)先滲氮、短時碳氮共滲、直接淬油、低溫淬火及較高溫度回火處理工藝,可改善心部韌性,提高冷鐓沖頭壽命2倍以上。
展開 模具表面處理防拉傷防龜裂納米涂層加工有什么效果
東莞市霖晨納米科技有限公司是一家專業(yè)從事真空納米涂層研發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)公司。現(xiàn)座落于東莞市大朗鎮(zhèn)洋烏。
霖晨納米科技專注于真空納米涂層加工，已有多年的生產(chǎn)經(jīng)驗，針對客戶所遇到的問題和需求不斷進(jìn)行研發(fā)生產(chǎn)，最終得到眾多客戶群的支持與認(rèn)可。我們與客戶密切合作，為客戶提供解決問題的涂層方案，在實踐中解決難題，幫助客戶提高他們所在行業(yè)中的競爭力。
霖晨真空納米涂層適用于眾多行業(yè)及產(chǎn)品,例如：
1精密模具業(yè)：如 硅橡膠模,塑膠模，鏡面模，拉伸模，沖壓模，壓鑄模，沖棒標(biāo)準(zhǔn)件模具，模具配件,頂針，沖頭，鑲件等等
2五金行業(yè)：各類五金件，五金電子零件，五金零配件等等。
3汽車工業(yè)：如汽車模具，汽車零部件，活塞，活塞環(huán)，汽門挺桿，凹輪軸,各種抗磨軸承,齒輪等。
4切削工具業(yè)：如絲攻，鉆頭，銑刀，滾刀，螺齒刀，拉刀，圓鋸片，舍棄式刀片等工具。
5醫(yī)療行業(yè)：各種醫(yī)療器械、手術(shù)器具，鑷子等等。
一．納米PVD涂層技術(shù)是一門介于材料學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)、化學(xué)、社會環(huán)境科學(xué)等的新型技術(shù)。核心技術(shù)應(yīng)用于金屬加工，制造業(yè)生產(chǎn)等方面，其旨在促進(jìn)現(xiàn)代切削刀具和制造加工業(yè)的高速發(fā)展。針對不同的模具（塑膠模、五金沖壓模、壓鑄模、模具配件、成型模等）和機械耐磨、耐蝕零件等高要求五金制品所采用的PVD涂層工藝，可顯著提高產(chǎn)品表面硬度、耐磨性、耐蝕性、耐熱性以及潤滑性；并能方便脫膜，大力提升模具、零件的品質(zhì)（如表面粗糙度、耐磨性、精度等）和使用壽命，使其有效的發(fā)揮產(chǎn)品的潛能。
在模具的使用過程中，早期失效經(jīng)常出現(xiàn)。失效的因數(shù)通常是磨損、腐蝕、融合、粘著等。其問題不單是拖延生產(chǎn)周期，也大大增加了生產(chǎn)成本，進(jìn)而影響企業(yè)競爭力。為此，業(yè)界陸續(xù)推出不同的解決方案，而PVD涂層表面處理技術(shù)是倍受青睞的方案，能***有效的解決上述難題。
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