針對目前我國的模具表面處理技術的應用現(xiàn)狀，我刊經(jīng)過用戶抽樣問卷調查發(fā)現(xiàn)，目前，模具制造企業(yè)主要應用的表面處理技術仍是以傳統(tǒng)的表面淬火、滲碳/氮技術、電鍍與化學鍍技術為主，而這些技術都不同程度地存在表面硬度分布不均、熱處理變形等難以解決等多方面的問題。對于今后的技改方向，大家的共同關注點在于新技術的應用，如表面涂層技術、TD覆層處理技術、激光表面強化技術和電子束強化技術等。以下我們就特別邀請了幾位業(yè)界的技術專家，分別對用戶的這些關注點做深入探討，希望有益于廣大模具企業(yè)的技術升級。
CVD技術
CVD（化學氣相沉積）和PVD（物理氣相沉積）技術均被廣泛應用于模具表面處理，其中CVD涂層技術具有更卓越的抗高溫氧化性能和強大的涂層結合力，在高速鋼切邊模、擠壓模上應用效果良好。
CVD技術是一種熱化學反應過程，是在特定的溫度下，對經(jīng)過特別處理的基體零件（包括硬質合金和工具鋼）所進行的氣態(tài)化學反應，即利用含有膜層中各元素的揮發(fā)性化合物或單質蒸汽，在熱基體表面發(fā)生氣相化學反應，反應產(chǎn)物沉積形成涂層的一種表面處理技術，可適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蝕性能。該技術也被廣泛應用于各種硬質合金刀片和沖頭。但是，由于CVD是一個高溫過程，對于大多數(shù)的鋼質零件，在CVD涂層后要進行再次熱處理。
1.  技術特點
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℃。涂層厚度范圍是5～12mm，但在有些情況下，涂層厚度可達20mm，工藝時間范圍為 8～24h。
CVD技術具有以下特點：
（1）涂層材料具有極高的韌性，硬度可高達HV2500～3800，抗氧化溫度可達900℃以上。
（2）可同時進行技術處理的工件數(shù)量大，可大幅提高模具制造效率。
（3）在高溫處理反應器內(nèi)無需旋轉零件。
（4）無論是具有復雜幾何形狀或者有內(nèi)孔的零件，都可以實現(xiàn)高度均勻的涂層厚度。
（5）具有很好的耐高溫氧化性能。
2.  典型的涂層應用
在鋁合金的冷鍛、成形、擠壓模具上的HSM涂層、硬質合金模具的TiN/TiC涂層等表面處理方面，CVD涂層技術的性能遠遠高于PVD涂層技術。其原因在于CVD涂層溫度高，涂層結合力強，涂層可以在5～20mm厚度上進行選擇，同時具有很好的抗高溫氧化性能，因此在高速鋼切邊模、擠壓模上應用效果良好。
3.經(jīng)濟性分析
CVD涂層技術在模具的表面改性方面，具有十分可觀的經(jīng)濟性能：
（1）可以提高模具的使用壽命，提高模具的耐磨性能，降低產(chǎn)品的模具成本、
（2）可以顯著提高該模具成形產(chǎn)品零件的表面質量，顯著提高生產(chǎn)效率，減低產(chǎn)品報廢率，提高工藝穩(wěn)定性。
（3）減少模具的維護時間和維護成本，減少設備停機時間，提高產(chǎn)能。
愛恩邦德可為客戶提供最佳涂層解決方案，涂層大多數(shù)是多層沉積，如TiC/TiN、TiCN/Al2O3、TiCN/Al2O3/TiN復合涂層，可使產(chǎn)品使用壽命提升2～20倍以上。
目前，愛恩邦德的CVD涂層技術已經(jīng)被廣泛應用到汽車、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覆層處理技術
TD覆層處理是一種表面超硬化處理技術，是熱擴散法碳化物覆層處理（Thermal Diffision Carbide Coating Process）的簡稱，英文簡稱“TD Coating”。
1.  技術原理及特點
TD覆層處理技術其原理是將預制好的工件放入硼砂熔鹽混合物中，在850～1050℃的溫度下通過擴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，也可以是其復合碳化物，目前應用最廣泛的是碳化釩覆層，主要特點是： #p#分頁標題#e#
（1）TD覆層具有很高的表面硬度，可達HV2800～3200，遠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、抗拉傷和耐腐蝕等性能。
（2）由于表面覆層是通過金屬原子的擴散作用形成的，因此覆層與基體具有冶金結合，結合力較鍍硬鉻、PVD或PCVD的鍍層高得多，這一點對于成形類模具的應用極其重要。
（3）TD覆層厚度可達4～20mm，覆層致密光滑。
（4）具有極高的耐腐蝕性能。
（5）可以實現(xiàn)重復處理。
2. TD覆層處理使用范圍及適用材料
TD覆層處理可廣泛應用于解決或改善以下這些問題：
（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、粘附問題，如各類鋼板或有色金屬的拉延、彎曲、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運動的工件表面，采用TD覆層處理是目前解決此類問題最好的方法之一，并可以提高其使用壽命數(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問題，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，可提高使用壽命數(shù)倍至數(shù)十倍。
對于該技術的適用材料，只要材料含有一定量的碳元素，如含碳量大于0.3%的各類鋼鐵材料、硬質合金等，都可以在工件表面形成VC覆層。但根據(jù)使用條件的不同，要獲得良好的使用效果和經(jīng)濟性，材料的選擇頗有講究，建議與專業(yè)的技術供應商共同開展。
3. 應用實例
（1）汽車沖壓件成形模具
在高強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重，有些甚至無法正常生產(chǎn)。經(jīng)TD覆層處理后，一方面根本上解決了工件表面的拉傷問題，無須經(jīng)常停機修磨模具，提高了生產(chǎn)效率，改善了產(chǎn)品的外觀。另一方面，模具壽命一般可以達數(shù)十萬件，并能確保沖壓件尺寸的一致性，有效提升產(chǎn)品品質。
（2）粉末冶金模具
被加工材料為磁鐵粉，原來模具材料Cr12，壽命2～4萬次，后改用Cr12MoV或SKD11，并進行TD覆層處理，壽命達到20～40萬次，壽命提高10倍以上。
TD覆層技術最早在20世紀70年代由日本豐田中央研究所研制成功并申請專利，經(jīng)過多年的完善和發(fā)展，已廣泛應用于各類模具和零部件產(chǎn)品上。20世紀90年代初，長沙特耐金屬材料科技有限公司開始該項技術的研究工作，經(jīng)過多年的研究和應用摸索，技術體系成熟，并成功應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)提供模具和零部件表面處理服務，使用戶取得了優(yōu)異的使用效果。 TD覆層組織的結構
激光表面強化技術
激光表面強化技術目前主要的應用方式有兩種：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。該技術非常適用于絕大部分汽車拉延模具，既適用于新制模具，又適用于在役模具。模具材料包括各類灰鑄鐵、鉻鉬合金鑄鐵及空冷鋼，對于反復補焊過或火焰淬火模具亦有顯著強化效果。
1.  技術亮點
（1）激光淬火層硬度達HV800～1100，具有極好的耐磨性和抗拉傷能力，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，與基體有很強的結合力。
（3）激光淬火處理后變形量極小，無須作任何校正和加工處理。
（4）激光熔焊技術可對模具表面局部拉傷等損傷部位進行修復，修復效果明顯優(yōu)于其他焊接方法。
（5）具有很高的處理速度，通常可達0.5m2/h。
（6）只需對模具磨損部位進行針對性處理，而無須全部處理模具表面。
（7）顯著提高拉延件表面質量。
2.  實際應用
我公司目前已批量對國內(nèi)十多家汽車企業(yè)進行了汽車拉延模激光強化處理服務，均取得了十分顯著的效果。例如，在對北汽福田歐曼重卡保險杠拉延模進行激光表面處理后，其筋條表面硬度可達HRC55～58，表面壽命也從原來火焰淬火時的20～30件提升至2000件以上。另外，寶馬新五系側圍外板、門內(nèi)板及壓邊圈、后門頂?shù)饶＞呤褂米畛醣砻嬗捕容^低，經(jīng)激光處理后硬度由HRC20左右提高到HRC55以上。華晨寶馬也已正常使用一年以上，拉延件表面質量良好。 #p#分頁標題#e#
3. 經(jīng)濟性分析、應用價值及市場前景
汽車拉延模激光表面強化的經(jīng)濟性及應用價值主要體現(xiàn)在以下方面：
（1）顯著提高修模一次后拉延件的數(shù)量，減少修模時間，提高拉伸效率和產(chǎn)量。
（2）顯著提高模具壽命，降低模具消耗。
（3）顯著提高拉延件表面質量。
（4）顯著降低修模工人勞動強度及修模費用。
我公司目前已批量對奔馳、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)進行了汽車拉延模激光強化處理服務，均取得了十分顯著的效果。例如，在對北汽福田歐曼重卡保險杠拉延模進行激光表面處理后，其筋條表面硬度可達HRC55～58，表面壽命也從原來火焰淬火時的20～30件提升至2000件以上。另外，寶馬新五系側圍外板、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。華晨寶馬也已正常使用一年以上，拉延件表面質量良好。 脈沖高能電子束技術
近十幾年來，脈沖高能束技術發(fā)展迅速，并在表面工程領域顯示出特有優(yōu)勢，得到人們的廣泛重視和研究。
1.  技術原理及特點
利用脈沖高能束可以實現(xiàn)多種表面處理工藝，究其本質，就是通過瞬時高能量密度作用在材料表層產(chǎn)生一種遠離平衡態(tài)的極端處理條件，使能量影響區(qū)內(nèi)的材料發(fā)生質量分布、化學及力學狀態(tài)變化，最終獲得常規(guī)方法難以達到的表面結構和使用性能。目前，脈沖高能束流主要包括激光束、離子束、電子束和等離子體束幾種。其中，使用電子束進行表面處理具有以下優(yōu)勢：以加速電子為能量載體，與材料表面相互作用時能量轉化效率比激光處理高出70%～80%，并且無元素注入問題，真空中進行處理可避免氧化和污染問題等。
2.  研究及成果
根據(jù)大連理工大學三束材料改性國家重點實驗室的研究，通過對強流脈沖電子束能量參數(shù)及具體處理工藝的調整，可以實現(xiàn)模具材料表面薄層內(nèi)的能量沉積位置、沉積強度及作用時間的配合，從而控制微觀不平整材料和顯微裂紋的去除過程，最終得到光滑均勻的處理表面，并可同時改善表面耐蝕、耐磨等使用性能。
從D2模具鋼表面處理的部分實驗結果圖示中可以看出，經(jīng)電子束拋光處理后的模具表面光滑平整，表面粗糙度值降低到Ra0.2mm以下，在模具處理表面上形成一層組織細膩，耐磨和耐蝕性能均有顯著提高的保護層。整個改性層的深度在幾十微米左右，并且強流脈沖電子束表面拋光強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)微動磨損實驗測試，D2模具鋼處理面的摩擦系數(shù)降低：低摩擦系數(shù)穩(wěn)定周期由原始的70周增加到700周；磨損量明顯降低，磨損體積由原始的10.5×105mm3降低到6×105mm3左右。處理過程中還可以利用合金化的方法加入適量耐磨成分，如Cr和TiN等粉末，進一步改善表面性能。
3.  技術優(yōu)勢
（1）使用加速電子作為能量輸入載體，不需要其他輔助材料的添加，處理過程在真空環(huán)境下完成，所以不會對處理表面產(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、強韌材料的表面高效拋光。
（3）微秒脈沖式工作方式可以減少基體受熱，提高能量利用效率，同時避免材料加工變形。
（4）非接觸工作方式和操作靈活的電子束源適合機械化、大面積的表面處理。
（5）處理層形成具有高強和耐蝕的顯微組織，提高材料的表面性能。
4.應用前景
應用脈沖高能束技術的這種拋光強化復合處理方法符合自動化、高效、節(jié)能和環(huán)保等現(xiàn)代高技術研究的發(fā)展要求。發(fā)展這種具有自主知識產(chǎn)權的模具電拋光強化技術，可以提高我國的模具加工和使用水平，以迎接高新材料領域發(fā)展的需求和挑戰(zhàn)。 耐磨焊條
大連理工大學三束材料改性國家重點實驗室郝勝智先生
大連理工大學三束材料改性國家重點實驗室于1996年率先引進俄產(chǎn)強流脈沖電子束設備Nadezhda-2型，開始在強流脈沖電子束表面改性工藝及機理研究、復合工藝探索、新型裝置研制以及合作研究實用技術等方面開展研究工作。通過消化吸收和自主創(chuàng)新，目前已開發(fā)出國內(nèi)首臺強流脈沖電子束處理系統(tǒng)，主要參數(shù)包括：脈沖電子束能量可調節(jié)范圍1～10J/cm2；束斑穩(wěn)定傳輸距離20～40cm；具有脈寬穩(wěn)定的陽極等離子體源；三維電控真空工作臺加工范圍30cm×30cm×20CM。#p#分頁標題#e#