模具表面处理技术
模具表面处理技术是指通过特定的方法和工艺，对模具表面进行处理，以改善其性能和质量。以下是一些常见的模具表面处理技术：
一、渗氮
1. 原理：把模具置于含氮的介质中，在一定温度和压力下，使氮原子渗入模具表面。这一过程通常在 500 - 600℃的温度范围进行。例如，对于一些热作模具钢，在渗氮炉中通入氨气，氨气在高温下分解产生氮原子，氮原子逐渐向模具表面扩散并与模具中的合金元素结合，形成各种氮化物，如氮化铬、氮化铝等。
2. 优点：形成的氮化层硬度高，可显著提高模具的耐磨性，能有效抵抗模具在使用过程中与工件之间的摩擦磨损。同时，渗氮层还具有良好的耐腐蚀性，可防止模具在潮湿或有腐蚀性介质的环境中生锈。而且，渗氮处理后的模具变形较小，这对于尺寸精度要求高的模具非常重要。
3. 应用范围：常用于压铸模、塑料模等模具，例如压铸铝合金的压铸模，经渗氮处理后可以提高模具型腔的耐磨性和耐腐蚀性，延长模具的使用寿命。
二、渗碳
1. 原理：将模具放入富碳的介质中加热到高温（一般在 900 - 950℃），使碳原子渗入模具表面。常用的渗碳方法有气体渗碳（如通入甲烷、丙烷等富碳气体）和固体渗碳（将模具与渗碳剂混合装炉加热）。在高温下，碳原子向模具内部扩散，在模具表面形成高碳层。
2. 优点：渗碳可大幅度提高模具表面的硬度和耐磨性，使得模具在承受高压力、高摩擦力的工况下仍能保持良好的性能。经过渗碳处理的模具，其心部仍保持较好的韧性，这种表里性能的差异使得模具能够承受复杂的应力状态。
3. 应用范围：主要用于一些承受重载、冲击载荷较大的冷作模具，如冷镦模、冷挤压模等。以冷镦模为例，在冷镦螺栓等零件的过程中，模具需要承受巨大的冲击力和摩擦力，渗碳处理后的模具能够更好地满足生产要求。
三、硬化膜沉积
物理气相沉积（PVD）
1. 原理：在真空条件下，利用物理方法将源材料（如金属或化合物）蒸发或溅射后，沉积在模具表面形成硬化膜。例如，离子镀是 PVD 的一种，它是在真空环境中通入氩气等气体，在电场作用下使气体离子化，离子轰击模具表面进行清洗和活化，同时将蒸发的金属或化合物离子镀覆在模具表面。常见的 PVD 沉积膜层有氮化钛（TiN）、氮化锆（ZrN）等。
2. 优点：PVD 沉积的膜层硬度高、耐磨性好，且膜层与模具基体的结合力较强。由于是在低温或常温下进行沉积，模具的变形很小。此外，PVD 工艺可以精确控制膜层的厚度和成分，能够满足不同模具对表面性能的要求。
3. 应用范围：广泛应用于各种精密模具，如注塑模、冲模等。对于注塑一些高硬度塑料或有特殊表面质量要求的塑料制品的模具，PVD 沉积氮化钛膜可以提高模具的脱模性能和耐磨性，减少塑料对模具的粘附。
化学气相沉积（CVD）
1. 原理：通过气态的先驱体在模具表面发生化学反应，生成固态的沉积膜。例如，在模具表面沉积碳化硅（SiC）膜时，可以以硅烷（SiH₄）和甲烷（CH₄）等作为先驱体，在高温（通常在 800 - 1200℃）和催化剂的作用下，先驱体在模具表面分解并反应生成碳化硅膜。
2. 优点：CVD 可以在复杂形状的模具表面沉积均匀、致密的膜层，膜层的质量高、硬度大、耐磨性和耐腐蚀性优良。它能够沉积多种不同成分的膜层，以满足不同模具的使用需求。
3. 应用范围：常用于一些对膜层质量要求高、工作环境恶劣的模具，如在高温下工作的热作模具，通过 CVD 沉积耐高温、抗氧化的膜层，可以有效保护模具表面，提高模具的使用寿命。
四、抛光
1. 手工抛光：操作人员使用砂纸、油石等工具，从粗到细逐步对模具表面进行打磨。例如，先用较粗的砂纸（如 80 - 120 目）去除模具表面的加工痕迹和毛刺，然后依次使用更细的砂纸（如 240 目、400 目、600 目等）进行打磨，最后使用抛光膏配合羊毛轮等进行精细抛光。手工抛光可以根据模具表面的具体情况灵活调整抛光力度和方向，但效率较低，对操作人员的技能要求较高。
2. 机械抛光：利用抛光机带动抛光轮旋转，通过在抛光轮上涂抹抛光膏等抛光材料对模具表面进行抛光。机械抛光的效率比手工抛光高，能够获得较好的表面光洁度。根据抛光机的类型和抛光轮的材质，可以实现不同程度的抛光效果。例如，使用布质抛光轮可以获得较高的光泽度，常用于对模具外观质量要求高的情况。
3. 电解抛光：将模具作为阳极放入特定的电解液中，在直流电的作用下，模具表面的微观凸起部分优先溶解，从而使模具表面变得光滑平整。电解抛光可以获得非常高的表面光洁度，而且可以处理一些形状复杂的模具。例如，对于一些具有深孔、窄槽等复杂结构的模具，电解抛光能够有效地去除这些部位的加工痕迹，提高模具的表面质量。
五、电镀
1. 镀铬电镀：在镀铬电镀过程中，模具作为阴极放入镀铬电解液（通常含有铬酸等成分）中，在直流电的作用下，铬离子在模具表面沉积形成镀铬层。镀铬层硬度高、耐磨性好、化学稳定性强，能够有效抵抗模具在使用过程中的磨损和腐蚀。例如，在一些塑料模具的表面镀铬，可以提高模具的耐磨性和脱模性能，同时使模具表面具有良好的光泽度。
2. 镀镍电镀：镀镍是将模具置于含镍离子的电解液中进行电镀。镀镍层具有良好的耐腐蚀性、硬度和装饰性。对于一些在潮湿环境或有轻微腐蚀性介质环境中工作的模具，镀镍可以有效地保护模具表面。此外，通过不同的镀镍工艺（如光亮镀镍、半光亮镀镍等）可以获得不同外观和性能的镀镍层。
3. 复合电镀：在电镀液中加入一些固体颗粒（如陶瓷颗粒、金刚石颗粒等），在电镀过程中这些颗粒与金属离子共同沉积在模具表面，形成复合镀层。复合镀层结合了金属的导电性、可加工性和固体颗粒的高硬度、耐磨性等优点。例如，在模具表面镀覆镍 - 金刚石复合镀层，可以大大提高模具的耐磨性，适用于加工高硬度材料的模具。
六、激光处理
1. 激光淬火：利用高能量密度的激光束快速扫描模具表面，使模具表面瞬间达到淬火温度，然后迅速冷却，形成马氏体组织，从而提高模具表面的硬度和耐磨性。例如，对于一些大型模具的局部表面强化，激光淬火可以精确控制淬火区域，避免对模具整体性能的影响。与传统淬火方法相比，激光淬火的加热速度快、淬火变形小，能够处理复杂形状的模具表面。
2. 激光熔覆：将预先设计好的熔覆材料（如金属粉末）通过送粉装置送到模具表面，在激光束的作用下，熔覆材料与模具表面同时熔化，然后迅速凝固形成熔覆层。熔覆层可以根据模具的使用要求选择不同的材料，如高硬度合金、耐磨涂层材料等。激光熔覆可以修复模具表面的磨损、划伤等缺陷，同时提高模具的表面性能。例如，对于一些压铸模表面的冲蚀磨损部位，可以通过激光熔覆修复并强化。
七、表面涂层
1. 聚四氟乙烯（PTFE）涂层：PTFE 涂层具有极低的摩擦系数，良好的化学稳定性和耐高温性能。通过喷涂、浸渍等方法将 PTFE 涂层涂覆在模具表面，可以显著提高模具的脱模性能。在注塑模、橡胶模等模具中应用广泛，例如在注塑一些粘性较大的塑料（如氟塑料、尼龙等）时，PTFE 涂层可以使塑料制品更容易从模具中脱出，减少制品的缺陷。
2. 类金刚石（DLC）涂层：DLC 涂层是一种具有类似金刚石结构和性能的碳基涂层，硬度高、耐磨性好、摩擦系数低。它可以通过 PVD、CVD 等方法沉积在模具表面。对于一些对模具表面硬度和耐磨性要求极高的场合，如切割高硬度材料的刀具涂层、冲压高硬度金属薄板的模具涂层等，DLC 涂层能够有效地提高模具的使用寿命和加工质量。
3. 陶瓷涂层：陶瓷涂层（如氧化铝、氧化锆等陶瓷材料涂层）具有高硬度、耐高温、耐腐蚀性强等优点。通过热喷涂等方法将陶瓷涂层涂覆在模具表面，可以提高模具在高温、腐蚀等恶劣环境下的工作性能。例如，在一些热作模具表面涂覆氧化锆陶瓷涂层，可以提高模具的抗热疲劳性能和抗氧化性能，延长模具的使用寿命。
