技术的表面

技术的表面（精选十篇）

技术的表面 篇1

涂层技术的改进使得刀具涂层的方法不断进步且日趋复杂化和多样化;同时刀具涂层的种类也不断更新, 从单一的金属氮化物涂层到二元合金氮化物涂层, 再朝着多元 (层) 合金复合氮化物涂层发展。

作为刀具材料表面涂层技术之一的化学气相沉积 (C V D) 和物理气相沉积 (P V D) 工艺技术, 已在紧固件行业应用方面取得了十分理想的效果。螺纹切削 (滚制) 刀具中的个性化特点日益显现。

螺纹切削 (滚制) 刀具的特点

1. TiN系涂层

TiN系涂层刀具适合于中碳、低碳钢的铣削、攻螺纹等加工, 对易粘结在刀具前刃口上的螺母, 切削效果更明显, 切削温度为300℃左右。目前紧固件企业中T i N涂层的高速钢刀具的使用已占高速钢刀具的30%～40%。另外, 在冷作模具中的硬质合金冷镦模芯、冷挤压模套, TiN涂层技术应用已占到10%～30%, 其中PVD由于其工艺温度低, 不会影响模具基体的性能且工艺设计变化多样, 应用广泛。

2. CrN系涂层

CrN系涂层超硬涂层是最有希望替代TiN涂层的材料之一。该涂层硬度较低, 为1800H V0.2左右, 具有优异的耐磨性, 主要用于塑料模、冷镦冲头等模具。由于它是无钛涂层, 可以有效地切削钛、钛合金及铝合金紧固件。对于冷镦内六角、冷镦十字槽沉头螺钉, CrN系涂层沉积速率较高, 有利于大批量生产, 不易磨损和折断, 所以生产实践中具有实际意义。

3. (Ti, Al) N系涂层

向TiN涂层中添加Al形成 (Ti, Al) N系涂层, 具有优异的性能尤其是高温抗氧化性能, 逐渐成为TiN的更新产品。 (Ti, Al) N涂层作为一种新型材料, 硬度为2800H V0.2左右;抗氧化温度高达840℃;摩擦系数小, 与钢界面为0.30左右;附着力强、导热率低等特性。

目前, 从环保的角度来看, 制冷剂的使用量越少越好, 因此, 迫切需要干加工技术的快速发展。 (Ti, Al) N涂层由于具有良好的红硬性、抗氧化性以及比刀具基体和工件材料低得多的热传导系数, 成为干切削加工中最好的涂层刀具。例如, 在Y G20C硬质合金涂层工模具中应用最多的TiA l N三元涂层, 并可通过调整Al元素的成分比例来获得不同的膜层性能, 不小于M24的螺母冷镦模具顶棒、内孔冲头, 寿命可达到15万～20万件。

4. (Ti, Cr) N系涂层

(Ti, Cr) N系涂层是在TiN和CrN的基础上发展起来的多元涂层。Cr元素的加入使硬度提高到3200H V0.2左右, 而且有利于提高涂层的结合力, 对 (Ti, Cr) N涂层的抗氧化性也有好处, 在700℃时具有良好的抗氧化性, 是一种更有发展前景的新型涂层。

这种涂层工艺更适合于高速钢及高速钢模具, 在铣削和车削加工及螺纹加工中, 有自润滑功能, 实现微润滑和干切削, 切削速度40～600m/min, 应用空间巨大, 且提升了螺纹加工水平, 可有效减少或免除切削液带来的污染问题。

5. 多元 (层) 合金复合涂层

大多数多元氮化物涂层, 如TiN/TiC/TiN、TiN/Ti (C、N) 、TiN/ (Ti, Al) N涂层, 广泛应用于刀具和模具的耐磨涂层, 使用寿命提高了近5～10倍。TiN/TiC多元涂层和TiN/CrN多层涂层已证明是最佳的耐磨涂层。目前多层刀具复合涂层能发挥几种材料各自的优点, 大大提高了刀具的性能, 成为刀具膜系中较为完美的设计。

在T i N中加入TiC, 通过碳原子的固溶和析出, 可形成T i (C、N) 三元涂层, 与TiN的单一涂层相比, 这多元涂层具有良好的综合性能, 提高了抗氧化温度和耐磨性, 又有较低的摩擦系数。对9CrS i和W6M o5C r4V2钢M12～M22丝锥分别进行三元涂层试验, 通过合理地刃磨刃口攻螺母丝扣, 寿命分别达3万和10万件以上, 比未经涂层处理的丝锥分别提高了2～5倍。

工艺组合的多样化

涂层成分的多样化可以改善刀具氮化物涂层的综合性能, 利用不同金属元素反应涂层的各自性能优势, 实现综合性能指标的良好匹配。但由于成本较高, 涂层的另一发展趋势是工艺组合的多样化。考虑单一涂层已无法适应螺纹切削 (滚制) 加工中日趋复杂的工艺的工况和条件, 由单层技术涂层发展成多层, CVD和PVD的工艺组合等均已获得广泛的应用。如渗氮 (离子氮化) 和PVD的工艺组合等均已获得商业应用, 在SKH55钢内六角螺栓冲头采用该工艺寿命可达25万～30万件, M12外六角螺栓切边模寿命最高可达80万件。

结语

钢铁产品表面涂装及检测的技术标准 篇2

本标准主要适用于钢铁产品表面涂装。凡合同文件无非凡要求，其产品表面涂装均应符合本标准规定。

一、涂装前表面处理：

所有用于设备制造钢铁原材料，涂漆前均需进行表面除锈处理。并规定时间范围内涂保养底漆(车间底漆)。

1、喷射除锈前，厚锈层应铲除。并清除油脂污垢。喷射或除锈后，钢材表面必须清除浮灰碎屑。

2、对于喷射除锈钢材表面规定两个除锈等级。其文字叙述如下：

Sa2彻底喷射除锈：钢材表面无可见油脂污垢，并且氧化皮、铁锈油漆涂层等附着物已基本清除，其残留物应牢固附着。

Sa21/2非常彻底喷射除锈。钢材表面无可见油脂、污垢，氧化铁油漆层等附着物，任何残留痕迹应仅点状或条纹状稍微色斑。（网上钢材集散地 ）

3、对于手工动力工具除锈钢材表面，规定有一个除锈等级，其文字叙述如下：

St3非常彻底手工动力工具除锈。钢材表面无可见油脂污垢，并且没有附着不牢氧化皮、铁锈油漆涂层附着物。除锈后底材显露部分表面应具有金属光泽。

4、“附着物”这个术语可包括焊渣、焊接飞溅物，可溶性盐类等。当氧化皮、铁锈或油漆层能以金属腻子刮刀从钢材表面剥离时，均应看成附着不牢。

5、待检查钢材表面应与相应照片进行目视比较。照片应靠近钢材表面。评定应良好散射日光下或照度相当人工照明条件下进行。

6、预处理时漆膜厚度及涂料选择如下：

a)漆膜(干膜)厚度：15～25μm。

b)涂料品种：无机硅酸锌(车间)底漆、环氧底漆、环氧富锌底漆、磷酸锌底漆、铁红环氧脂底漆等。

c)所用底漆必须产品配套漆系品种或与配套漆系底漆相适应漆种。

二、技术要求：

1、涂装前，必须达到规定除锈等级标准后，才答应涂装。

2、轻度腐蚀环境，预备涂刷常规涂料时，其表面除锈等级标准为Sa2级。

3、受化工大气腐蚀、海水侵蚀、高温氧化以及无机富锌涂料为底漆时，表面除锈等级标准为Sa21/2级。

4、涂漆前钢材表面粗糙度必须控制，除了控制喷射磨料“onMouseDown=”returnhcclick('?wujin_tracelog=end_articalHotword_332')“target=”_blank“>磨料”target=_blank>磨料角度速度外，循环使用磨料其丸粒直径不得大于1.2mm。

5、喷射或抛射除锈后待涂物表面，经清理后应立即涂上第一层底漆，间隔时间不得超过6h。

如表面又出现锈蚀，应重新处理，达到规定标准后才答应涂装。

6、涂有车间保养底漆涂件或材料因焊接、矫正、擦伤、暴晒等原因，造成重新锈蚀表面，必须进行二次除锈，除锈后等级应达到St3级。

三、涂装前预备：

1、所用涂料应有产品合格证，按涂料产品验收规则进行复验，不符合产品质量涂料不准使用。

2、同一涂装体系，选用底漆、腻子、间漆、面漆、稀释剂等必须配套使用。

3、涂料开桶前要确认其牌号、品种、颜色、批号等，并记录。假如标识模糊，应仔细核对。开桶后假如有结皮现象，应仔细剔除结皮。假如发现涂料过期，应该鉴别确认其质量可靠才能施工。万一涂料发生变质，应废去不用。

4、涂料有些颜料密度大易沉淀，需使用机械搅拌使涂料均匀如一。双组分涂料固化剂加入前，应首先搅拌均匀，加入固化剂后再次搅拌均匀。

5、混合熟化双组分或三组分涂料要按规定比例混合。规范做法如下：

①涂料搅拌均匀;

②倒入一半固化剂搅匀;

③再倒入剩下固化剂搅匀;

④然后必要时加入稀释剂搅匀;

⑤按规定放置一定时间进行熟化预反应;

注重使用时间不要超过规定。熟化时间混合使用时间随温度上升而缩短，须注重厂商说明。高温季节须避免太阳下施工。

6、稀释

涂料通常开桶就可以使用，无需稀释，必须避免习惯性稀释。必须使用稀释剂时，注重确认使用正确稀释剂。过度稀释会导致涂料达不到规定厚度、减少干燥固化时间，而引起流挂问题。以下几种情况可以添加稀释剂：

①冬季温度低时可加入适量稀释剂以降低涂料黏度;

②手工或空气喷涂需加入稀释剂以便易于施工;

③特意降低膜厚可以加适量稀释剂。

7、过滤

为了除去涂料难以分散较大颗粒、结皮或其他异物，必须进行过滤，这样可以保证喷嘴不堵。规范做法经过过滤网倒入另一空桶。喷涂时漆泵吸口处加80-120目筛或过滤器过滤。须保证滤网清洁干净。用后用溶剂清洗，以便下次再用。

四、涂装：

1、施工区域必须保持空气流通。涂装及固化过程应无粉尘及其他异物飞扬。涂装施工过程，要尽量保证漆膜均匀，不可漏涂。对于边、角、夹缝、焊缝等部位要先涂刷，然后再大面积涂装。

2、机器产品表面需要刮腻子，应按工艺文件进行。刮腻子时，应先涂底漆，底漆干燥后再进行刮腻子操作。刮腻子一般进行1~2次，每次厚度约为0.5~1mm，局部最大总厚度不得超过5mm。腻子干燥后须对表面进行打磨，打磨后腻子表面应平整，光滑，牢固，无裂痕。

3、涂装工作应答应气候条件下进行施工。当出现下列情况时不得进行涂装

a.一般涂装时，环境温度5摄氏度以下或35摄氏度以上。

b.露天涂装时，出现下雨、下雪、大雾、霜、刮大风;

c.表面温度低于露点温度加3摄氏度;露点温度值查对见附录参考件。

d.四周环境相对湿度百分之85以上;

4、铸件表面出现凹坑、砂眼、气孔等缺陷。必须用腻子填平。腻子层下不得脱落或龟裂。

5、涂装前，应检查表面处理质量。不合要求不能进行涂装。涂装施工过程，若出现流挂、起皱、起泡、龟裂剥落、针孔等缺陷。必须采取相应技术措施修复。

6、因环境或其他原因造成不能按规定涂装条件进行施工时，要采取必要技术措施并确认能保证涂装质量后方可施工，对采取措施要留有记录。

7、分次涂装涂层，必须按涂料产品说明书规定涂装间隔时间进行。若超过规定涂装间隔时间，应对前道涂层表面作必要打毛处理。

8、未干涂层应注重保护，防止弄脏损伤，已被弄脏及损伤涂膜，应按要求进行修补。

9、两种不同颜色涂膜相接处，界线必须明显、整洁、规范。

10、现场组装涂件，最后一道面漆待设备安装调试完毕后进行涂装。

11、涂装施工方法，无论采用刷涂或喷涂均应严格遵守操作规程。涂膜厚度均应符合设计要求。

12、下列任何情况均不涂装

a.高强螺栓摩擦面。

b.埋入混凝土或与耐火材料接触部位。

c.为密贴或有相对运动机加工面。

d.地脚螺栓及其底板。

e.密封箱体及阀体内表面。

f.不锈钢件、镀件，非金属件及图样注明不涂装部位。

g.需进行现场加工部位。

五、二次涂装：

1、对表面返锈部位及接合外露部位及对安装过程损坏漆膜应进行修补既进行二次涂装。

2、修补前应对表面进行清理，重新进行除锈，再用干净压缩空气吹净表面，并按涂装设计要求进行进行二次涂装修复。

3、修补部分对四周涂层覆盖宽度应不少于50mm。

损坏面积较小时，修补面积应比损坏面积大1倍以上。

4、涂装完毕后应构件上按原编号、名称、代号等作出鲜明标记。

六、涂层检测及交验：

1、漆膜外观应满足以下要求：底漆、层漆、面漆漆膜不答应有针孔、气泡、裂纹、咬底、渗色、漏涂、流挂、局部剥落等缺陷;面漆表面应平整均匀、漆膜丰满、色泽一致。检查方法经协商可采用肉眼或用放大镜观察。

2、涂层厚度检测应每一涂层干燥后进行。全部涂装完毕后，再检测总厚度。检测方法：用漆膜测厚仪检测，每10㎡(漆膜面积不足10㎡按10㎡计)作为一处，细长体每3～4M长作为一处，每处测3～5点。每处所测各点厚度平均值，不得低于规定涂层总厚度90%，且不高于120%。每处所测各点厚度最小值不应小于规定涂层总厚度70%。

3、检测涂装质量可进行涂层脱离底材抗性评定

涂层脱离底材抗性评定按以下方法进行：选六块规格为200mm×200mm试板，经表面处理后，涂上与新产品相同涂层漆系。抗性评定漆膜实干后进行,评定经协商可采用画叉法或划格法进行。

画叉法：用锋利刀片或保险刀片试板表面划一个夹角为60°叉，刀痕要划至钢板，然后贴上宽度为25mm专业压敏胶带，使胶带紧贴漆膜，然后用手迅速扯起，刀痕两边涂层被揭下总宽度若不超过2mm即为合格。

模具型腔中表面强化技术的应用分析 篇3

关键词：模具型腔；表面强化技术；应用分析和探讨

广义来讲，当前最为常用的模具使用类型包括塑性变形失效模具、磨损失效模具、疲劳失效模具和冷热疲劳失效模具以及断裂失效模具五种。为了有效防止模具失效，我们应该对模具型腔表面进行强化，其中强化分为主要包括硬度强化、耐磨强化和耐腐蚀强化以及抗疲劳抗高温氧化强化措施等。所以应在对模具材料进行正确全面选取之外还应该对模具型腔表面实施适当强化操作以保证模具制作效率。本文从有关模具型腔表面强化方法和强化特点以及强化目的等方面进行分层阐述，并对模具型腔表面强化机理等作出解释。

1.模具型腔中表面工况概述

根据对当前各种模具工况的研究与分析可以看出，其工作条件存在这很大不同，并且此时失效形式也是各不相同。需要注意的是，在同一副模具上其损伤形式多种多样，此种损伤形式大多数情况是以交叉损伤形式产生的，并且其之间关系是相互联系且相互影响的，此时加速磨具会过早失效。热作模具制作是当前我国模具生产中的重点生产环节，因为热作模具会受到负荷影响并会使其中的金属材料产生塑性变形状况，另外一种可能的情况就是会使温度较高的液体金属压铸得以成形且相对炽热非金属注射也会成型。金属材料发生一定塑性变形时会对整体模具生产造成影响，一般来讲，固体金属材料塑性变形模具主要包括热锻模和热镦模以及相关热挤压模等。

模腔被破坏变形的主要原因是有模具生产中的实际生产环境所造成的，其同时也是相应成型部分可逆变形和成型部分磨损以及成型部分产生裂纹等。在对热锻模进行使用的过程中，其型槽表面上所接触的物体是毛坯，而此时毛坯温度较高且其表面温度会上升到400摄氏度到700摄氏度不等，型槽表面内层仍然处于低温状态，当表层受热时会出现膨胀，之在此基础上会向模具表面进行冷却液喷洒和润滑剂喷洒，由于受到喷洒影响，其表层温度会有所下降，其具体下降范围为150摄氏度到200摄氏度之间且会有所收缩。需要提到的一点就是，内层会在一定程度上对其表面有所限制以至其产生一定拉应力，在相关拉应力的影响下会产生疲劳失效状况，此时模具型面会与坯料有所接触并使型腔表面中的实际具体温度远远大于回火温度，所以会出现压塌状况和出现压堆状况以及出现型槽尺寸变样等状况，此时会致使尺寸失效和形状精度失效。

2.模具型腔中表面强化技术的应用实例探究

2.1.电火花模具型腔中表面强化技术概述

电火花模具型腔中表面强化技术是模具腔中表面强化技术应用中一项较为常用的强化技术措施和强化技术手段，其强化功能被主应用到金属表面部位系统强化上，因为电火花模具型腔中表面强化技术方法较其他强化方法相比较为简单，并且电火花模具型腔中表面强化技术效果也非常明显，所以当我们在进行模具生产加工时多数为应用到电火花模具型腔中表面强化技术。图为电火花加工技术示意：

图一 电火花加工技术示意图

2.2.电火花装置性能探究

科学合理是用电火花装置可以在一定程度上使得压铸模和锻模等得到良好强化，压铸模和锻模二者在经过相应电火花强化之后要想使其精度符合预期施工标准，就必须在此基础上进行相应磨削加工工作，但是此时我们应该注意到，当在进行磨削操作时，尽量不要影响到强化层硬度和相关强化层耐磨性。经过具体磨削实践操作之后，磨具型腔中表面会出现少许残留微孔，此类微孔会使得模具配合零件中的实际润滑条件得到改善，另外需注意的一点就是其可在改善型腔中表面耐磨性能的同时也会使模具使用期限有所延长。

2.3.电子冲片双槽冲模技术

在运用定子冲片双槽冲模进行相关模具型腔中表面强化技术应用时，此时模具材料设定为Cr12，而冲材为0.5mm硅钢片，用此种规格材料进行模具部位强化。还要注意的是，此时图负面高度规格应在4mm到5mm之间。

3.模具型腔中表面强化技术应用的主要目

对模具型腔表面进行相关强化工作的主要目的是为了提高模具型腔抗疲劳性能，单就高强度钢而言，其最为主要的一个优异性在与提高承受弯矩交变应力相应疲劳强度。主要原因是因为疲劳度裂纹的产生是由从模具向强表面微小裂纹开始的，根据此种情况就能分析出出现疲劳性现状的主要由型腔表面质量优劣所决定的。

结束语：

综上所述，机械相关零件粗加工和机械相关零件细加工中的主要程序都是由模具成型来完成的，本文通过对模具型腔中表面工况和模具型腔中表面强化几种技术手段以及模具型腔中表面强化技术应用目的等进行阐述，仔细阐述模具型腔中表面强化技术在进行相关模具生产中的重要性，希望为我国模具生产制造领域的发展提供相应合理化建议。

参考文献：

[1]王昌，于同敏，周锦进.表面工程技术在模具制造中的应用[J].中国表面工程.2002（1）.

[2]袁晓波，杨瑞成，陈华，羊海棠，陈奎.模具型腔中表面强化技术的应用现状及发展趋势[J].机械工程材料.2004（12）.

激光表面处理技术的应用 篇4

1. 激光热处理

激光热处理是利用高功率、高密度激光束对金属进行表面处理,它可以对材料实现相变硬化(或称作表面淬火、表面重熔淬火)、表面合金化等表面改性处理,其基本原理是用高能激光束对工件表面进行扫描,已经扫描部分的材料表面急骤升温到相变温度,激光束离开后,扫描加热的部分又很快被母体冷却而形成自淬火,其淬火部分的结构组织呈超细化,硬度比淬火前提高约2.5倍,并得到0.2～1 mm深的淬火层,从而使工件的耐磨性能提高3～5倍。

激光淬火可以对发动机的汽缸、活塞环、轮轴等关键零件进行处理,以大幅度提高其使用性能。在经激光热处理后,不必再进行后续处理,可直接送到装配线上安装。美国通用汽车公司率先采用激光热处理技术直接硬化发动机汽缸内壁,大大提高了汽缸的耐磨性,改善了汽缸与活塞环的配合性,减轻了活塞环的磨损。长春第一汽车制造厂等大型企业都有自己的激光热处理生产线。

对于用合金铸铁制造的大型覆盖件模具,传统工艺采用火焰淬火,其淬火硬度为40～50 HRC。改用激光淬火后(见图1),模具表面硬度可提高到55～65 HRC,硬化层有效深度为0.5～0.7 mm,模具耐磨性能大大提高,维修率可控制在4%以下。

激光热处理具有如下优点:激光淬火处理后的工件表面硬度比常规淬火高5%～20%,可获得极细的硬化层组织;由于激光加热速度快,因而热影响区小,又是表面扫描加热淬火,所以被处理的零件变形很小;淬火部位可获得的残余压应力大,有助于提高疲劳性能;激光硬化工艺周期短,生产效率高,工艺过程易实现计算机控制,自动化程度高,可纳入生产流水线;激光淬火是快速加热、自激冷却,不需要炉膛保温和冷却液淬火,是一种无污染绿色环保热处理工艺,容易实现对大型模具表面进行均匀淬火;可以对形状复杂的零件和不能使用其他常规方法处理的零件进行局部硬化处理,也可对同一零件不同部位进行不同的激光硬化处理。如图2所示。

2. 激光熔覆

激光熔覆的研究工作始于20世纪70年代,1981年成功地应用于喷气发动机叶轮片。激光熔覆是利用高能的激光束在金属表面辐照,使涂覆材料熔化、扩展,与基体结合并迅速凝固,在基材表面形成一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料。

激光熔覆技术适用于需要改善耐磨、耐腐蚀、耐高温等性能的零件。应用该技术处理模具表面(见图3),既可以对己加工成坯的制造模具进行表面改性,也可以对成形模具进行表面修复。应用激光熔覆技术,可以有效提高金属材料的硬度、屈服强度、疲劳强度、疲劳裂纹扩展抗力和磨损疲劳寿命等性能。对设备的易磨损或易腐蚀零件采用激光熔覆,可使其表面产生耐磨、耐蚀、耐热等综合性能的熔覆层,大大延长零件使用寿命;在保证原零件尺寸和材料性能的条件下,可以有效地修复磨损零件表面的裂痕、崩角、密封边,实现废旧零件的再利用。采用激光熔覆修复的齿轮轴如图4所示。

与堆焊、喷镀、热喷涂和喷焊等传统的表面处理技术相比,激光熔覆具有以下优点:熔覆层与基体可以形成牢固结合,界面结合强度高;对基材的热影响小,引起的变形小,自动化程度高;激光熔覆属于快速凝固过程,容易得到细晶组织或形成常规处理无法得到的新相;激光束的功率、位置和形状等能够精确控制,易实现选区甚至微区熔覆修复;熔覆层的稀释率小,可精确控制,熔覆层成分具有可设计性;激光融覆技术是无接触形处理,能实现自动化和柔性加工。

近年来激光熔覆用于模具修复的技术发展较快。激光能量密度高,受热范围小,可以熔覆各种金属材料,如不锈钢、铍铜、铝合金及钛合金等。

激光强化电镀技术可提高金属的沉积速度,速度比无激光照射快1 000倍,对微型开关、精密仪器零件、微电子器件和大规模集成电路的生产和修补具有重大意义。使用该技术还可使电镀层的牢固度提高100～1 000倍。

激光上釉技术对于材料改性很有发展前途,其成本低,容易控制和复制,有利于发展新材料。激光上釉结合火焰喷涂、等离子喷涂、离子沉积等技术,在控制组织、提高表面耐磨和耐腐蚀性能方面有着广阔的应用前景。

3. 激光清洗

应用高能激光脉冲去除零部件表面污物是激光技术在表面处理中的又一用途。其清洗机理有二:一是直接利用激光加热污物,使之气化挥发(或瞬间受热膨胀)并被蒸汽带离模具基体表面;二是在高能量密度、高频率脉冲激光作用下,污物层内产生分裂应力而与模具基体脱离。与传统的喷砂清洗方法相比,激光清洗具有清洗速度快、不损伤模具表面、在线清洗等优点。激光清洗技术的采用,可大大减少加工件的微粒污染,提高精密件的成品率。

材料表面工程技术 篇5

表面工程技术在运动装备的应用

摘要： 本文讲述表面工程技术在运动装备中的应用，并介绍了一下有关刀具的表面技术。在运动装备中主要选择介绍的为涂层布料，介绍及其分类和用途。还着重介绍牛仔裤的表面技术及其保养方法。还讨论了眼镜的表面工程技术。

关键词： 表面工程；道具；涂层布料；眼镜

Application of surface engineering technology in

sports equipment Abstract: This paper describes the application of surface engineering technology in sports equipment, and introduces the technology of tool surface.In the main choice of sports equipment for coating fabric, introduces their classification and application.Also introduces surface technology jeans and maintenance.Surface engineering technology glasses are also discussed..key words:

surface engineering;props;coating glasses cloth;

一、现代刀具材料的表面涂层

经常会有人问为什么现在很多刀具都没砂光表面处理了，本小组经过多天的查找得出，砂光表面处理不仅容易生锈，而且手工不好的员工会把刀具的线条打磨的变形（非常难看）主要的是日后很难保养，那些只是上世纪90年代的处理方法了，刀具材料的韧性和硬度一般不能兼顾，故一般刀具材料的寿命主要是受磨损的影响，而采用表面涂层处理的方法解决这一问题。

刀具材料的表面涂层是在高速钢和韧性较好的硬质合金等材料制成的刀具上，通过一定方法，在刀具表面上沉积极薄一层高硬度、高耐磨性和难熔的金属化合物碳化钛（TiC）或氮化钛（TiN），形成金黄色的表面涂层。由于涂层的硬度高，摩擦系数小，使刀具的耐磨性提高。涂层还具有抗氧化和抗粘结的特点，延迟了刀具的磨损。因此，切削速度可提高30%～50%，刀具寿命可提高数倍。

(圆网，刮刀或者滚筒）均匀的涂在布料上（有棉，涤纶，锦纶等基材），然后再经过烘箱内温度的固着，使在面料表面形成一层均匀的覆盖胶料，从而达到防水，防风，透气等功能。

1．涂层面料的原理

利用溶剂(现在的面料厂一般是用甲苯或丁酮)将所需要的涂层胶粒(有PU胶,A/C胶,PVC,PE胶)等溶解成流涎状(关系到胶料与溶胶的配比，粘度等)再以一种刮刀的方式均匀的涂在布料上(有棉，涤纶，锦纶等基材)，然后再经过烘箱内温度的固着，使在面料表面形成一层均匀的覆盖胶料，从而达到防水，防风，透汽等功能!

2．分类

PA涂层又叫AC胶涂层，即丙烯酸涂层，是目前最普通最常见的一种涂层，涂后可增加手感，防风，有垂感。

PU涂层即聚氨酯涂层，涂后织物手感丰满，有弹性，表面有膜感。

防绒涂层即指防羽绒涂层，涂后能防止羽绒跑绒，适合做羽绒服面料。但现在涂层中凡有水压要求的PA涂层也叫防绒涂层。

二、涂层面料

是一种经特殊工艺处理的面料。就是利用溶剂或水将所需要的涂层胶粒（有PU胶,A/C胶,PVC,PE胶）等溶解成流涎状,再以一种某种方式 材料表面PA白胶涂层即在织物表面涂一层白色的丙烯酸树脂，能增加布面的遮盖率，不透色，并使布面颜色更鲜艳

PU白胶涂层即在织物表面涂一层白色聚氨酯树脂，作用基本同PA白胶，但是PU白胶涂后手感更丰满，织物更有弹性，牢度更好。

PA银胶涂层即在织物表面涂一层银白色胶，使织物具有遮光，防辐射的功能，一般多用于窗帘、帐篷、服装。

PU银胶涂层基本功能同PA银胶涂层。但PU涂银织物具有更好的弹性、更好的牢度，对于帐篷等要求高水压的面料，PU涂银相对PA涂银更好。

珠光涂层通过对织物表面珠光涂层，使织物表面具有珍珠般光泽，有银白色和彩色的。做成服装非常漂亮。也有PA珠光和PU珠光之分，PU珠光比PA珠光更加平整光亮，膜感更好，更有“珍珠皮膜”的美称。

阻燃涂层是使用阻燃涂层胶在普通面料或全棉阻燃面料表面进行涂层处理达到位一定的阻燃效果及防水效果，此种涂层阻燃面料在帐蓬、车衣上使用较多，目前主要是新乡新星公司在开发推广。

3.涂层面料的用途

还可应用于国防、航海、捕鱼、海上油井、运输等领域。

防水涂层系列面料，具有防风防水，透湿等多种功能。

从时装市场看：有50%的休闲装都是由涂层面料制成，主要款式有背心、茄克衫，采用是的PU涂层，质地比较轻薄。色彩趋向淡雅、有浅蓝、浅灰、浅紫等，一眼望去好似一道清风，清新靓丽。涂层服装最大的优点就是手感柔滑、防雨水、易清洗，上市以来一直受到年轻人的喜爱，销路不错。涂层服装消费群主要是年轻的男女和中学生，这类服装价格不贵，款式变化多，迎合了年轻人的消费特点。

涂层织物的加工技术随着人类对防水材料要求的不断提高而不断完善，目前加工涂层织物最常用的有三种工艺方法:即:压延法、熔融法及刀刮法。刀刮法代表了目前最先进的涂层织物加工技术，其产品性能在诸多方面均比其他工艺方法生产的产品有着明显的优势，我们的工艺为刀刮涂层工艺。

工程技术

通常来讲，基布的织造，浆料的配制，生产工艺的控制是刀刮涂层产品质量好坏的关键因素。由于基布决定了产品的强度，且刀刮涂层的生产速度较快，幅面较宽，因此基布质量的任何过失都会导致产品质量的下降。浆料的配制直接决定了产品的绝大部分性能，因此它构成了刀刮涂层工艺的关键技术。我们拥有一条先进的刀刮PVC 涂层生产线，拥有专业的技术人员来保证我们的产品质量。

4.涂层牛仔裤

涂层牛仔裤外面有一层特殊的涂层，随着时间的流逝，这层涂层会磨损，这样就有了类似水洗的效果。因为每个人穿裤子的磨损不同，所以每一条牛仔裤最后会有不同的水洗效果，这样每一条都是独一无二的。

5.涂层牛仔裤保养方法

方法1如果是买回来第一次下水,那需要在水中倒一些白醋,同时把裤子翻转过来浸湿大约半小时,用来锁住颜色.因为深色的裤子必定会有少许的退色,而白醋可以让那种湛蓝色尽量保持原有的光泽.方法2将牛仔裤翻面放入水中手洗，避免不必要的清洗褪色；

方法3请千万别用热水浸泡裤子,那会有很大程度的缩水现象,水温应保持30℃以下。

方法4用温和的洗洁剂，切勿用漂白剂或任何添加含漂白剂或萤光剂的产品；

方法5如果牛仔裤不是有油污或其他肮脏情形时，尽可能减少洗衣粉用量，甚至可清水洗涤即可；

方法6晾干牛仔裤时，一定从腰部平整挂起（用夹子固定撑平，切勿拉紧）翻过来晾晒，晾在干燥通风处，避免阳光暴晒，容 易引发严重的氧化褪色或变硬。

三、涂层眼镜

屈光眼镜和太阳镜普遍存在的一个问题是回眩光。回眩光是光射到镜片的背面后，又反射到您的眼睛里而产生的。抗反光防护（AR）涂层（抗反射涂层）的作用在于减少镜片对光的这种反射。糟糕的情况下，您甚至会在镜片里看到自己眼睛的镜像。类似于防刮伤涂层，AR涂层也是涂在镜片上的一层很硬的薄膜。抗反光防护涂层物质的折射率

材料表面介于空气和玻璃之间。这使得薄膜内表面和外表面反射光的强度几乎是相等的。当薄膜的厚度约为光波波长的四分之一时，从薄膜内外表面分别反射出的光线会通过相消干扰互相抵消，从而最大程度地减少您看到的眩光。抗反光防护涂层也被涂在屈光隐形眼镜和一些太阳镜的前表面，以消除镜片反射强光所产生的“热点”。

除了AR涂层可以减轻镜片后表面反射的眩光外，还有几种途径可以减少或消除刺眼的光透过镜片。它们包括：

有色眼镜——镜片的颜色决定了镜片所吸收光谱的范围。制造商使用不同的颜色来产生特定的使用效果。

偏光眼镜——偏光滤镜通常是在透明的塑料或者玻璃表面涂上一层化学薄膜。通常，它所使用的化合物里的分子相互之间是自然平行排列的。当将它们均匀地涂在镜片上时，这些分子形成了微小的透镜，能够吸收所有与它们的排列方向相同的光。

镜面反射：反光太阳镜的镜片能象镜子那样反光。镜片上涂有一层非常稀薄的反光涂料——由于这层涂料非常稀疏，所以它被称为半镀银表面。

1.防刮伤保护层

玻璃是天然防刮伤的，但绝大多数的塑料都不是。为了解决这一问题，制造商研发出了一系列的方法，在镜片的表面镀一层透明而又坚固的薄膜。这类薄膜是由类钻碳膜和多晶钻石烧结体等物质组成的。通过电离工艺，在镜片表面上形成一层很薄但非常耐磨的薄膜

2.抗反射涂层

太阳镜一个普遍问题是出现后眩光，回炫光是光射到镜片的背面后，又反射到您的眼睛里而产生的。抗反光防护涂层的作用在于减少镜片对光的这种反射。

同防刮伤保护层一样，抗反射涂层是镜片上的一层很坚固、很薄的膜层。抗反射涂层物质的折射率介于空气和玻璃之间。这使得薄膜内表面和外表面反射光的强度几乎是相等的。当薄膜的厚度约为光波波长的四分之一时，从薄膜内外表面分别反射出的光线会通过相消干扰互相抵消，从而最大程度地减少你看到的眩光。抗反射涂层也被涂在屈光隐

工程技术

形眼镜和一些太阳镜的前表面，以消除镜片反射强光所产生的“热点”。

3.防紫外线涂层

一些最严重的眼睛疾病的致病原因之一是：紫外线。根据频率和波长不同，紫外线被分为两类：紫外线A和紫外线B。

作为一种天然的眼睛保护机制，人们眼睛的角膜能吸收所有的紫外线B和绝大部分的紫外线A。然而，还是有一部分紫外线A会到达眼睛的晶状体。长时间地吸收紫外线A可能导致白内障，少量穿过角膜到达视网膜的紫外线A能导致视网膜黄斑变性，而黄斑变性是致使65岁以上老人失明的主要原因。长期暴露在强烈的紫外线下会导致眼睛癌症或光化性角膜炎，也就是视网膜的灼伤。这种情况经常发生在冬天下雪后晴天的户外，雪面反射太阳眩光，因而通常被称为雪盲。

太阳镜有一个好的防紫外线涂层，可以消除紫外线辐射，您必须确保您的太阳镜能够百分之百地滤去两种紫外线。在太阳镜的标签上应该标明了该太阳镜能提供何种程度的紫外线保护，而你所需要的是100%的保护。

参考文献：

材料表面工程技术

王振延 孙俭峰 王永东

材

技术的表面 篇6

【关键词】钢轨；表面伤损

1.钢轨在线修整的重要性和必要性

钢轨滚动接触疲劳裂纹、波磨和曲线上股钢轨侧磨是常见的城市轨道交通钢轨表面伤损。随着铁路干线与城市轨道交通事业的迅猛发展，新线路不断建成，既有线路的老化和运量也将不断增加，钢轨发生伤损频率越来越高，将会不断有剥落、掉块、波浪磨耗、细小裂纹、飞边、擦伤等钢轨病害的出现[1]，资料显示，伤损钢轨的里程每年以1.2倍的速度递增[2]。需运用先进的钢轨管理设备、理念和方法来确保钢轨的安全，以保证整个城市轨道交通线网运营的可靠性和高效性。

对钢轨进行在线修理作业是优化钢轨轮廓面、改善钢轨受力状态、提升钢轨运营质量的最有效维护途径，具有现场修复而不需拆卸钢轨，节约时间和劳动成本等优点，被众多轨道交通工务部门较多地采用[2]。因此，引进钢轨在线整修技术，对新接线路钢轨进行预防性打磨，对运营一段时间后的钢轨进行周期性打磨，对地铁线路既有伤损的钢轨进行矫正性打磨是非常有必要的，可有效地实现对线路钢轨的维护管理。

2.现有钢轨打磨车技术方案的介绍和比较

目前，国内外轨道交通在线钢轨整修技术主要包括钢轨打磨和钢轨铣磨两种方法。钢轨打磨有机械化的打磨列车和手工打磨机具两种。钢轨铣磨目前主要是机械化的铣磨列车[3]。

2.1钢轨打磨技术

钢轨打磨就是在正确的位置精确的将轨头上的多余部分打掉，其主要原理是利用高速旋转的砂轮磨头端面对钢轨表面进行打磨作业，通过研磨材料在轨头进行的旋转、平移或滚动等运动来磨耗掉相应部位的表面金属，以恢复钢轨纵、横断面轮廓，经多次反复打磨，最终实现一个完整的钢轨包络面。这种钢轨打磨作业单次单个砂轮磨头每次打磨掉的金属量是比较少的，且在钢轨打磨过程中随着钢轨外形和其它参数的变化设定不同的打磨砂轮下压力，打磨的金属量是随时变化的，所以打磨的精度相对来说也是比较高，可较好地消除顶面伤损，特别是波磨及顶面裂纹和剥离掉块。但伤损较严重时，需要进行多遍次的打磨才能消除掉，且打磨质量不容易控制，作业效率比较低。在恢复轨头型面方面，通过打磨电机沿钢轨纵向的布置，可以较好地恢复钢轨纵向平顺度。电机沿轨头横向以不同角度布置，可以恢复钢轨横断面轮廓，不同数量的电机可以灵活布置，适用于标准型面钢轨如正线和特殊型面钢轨如道岔钢轨的整修，但在修复轨距角或外侧角的小半径圆弧如肥边时，若过度打磨或电机功率设置不当，可能把圆弧打平而破坏轨头形状，不容易恢复成圆顺的轮廓。同时，这种打磨方式会使钢轨产生很大的热量，会大量冒火星，作业时噪音也比较大，产生的灰尘及其它污染物也比较多，是比较传统的钢轨作业方式。由于打磨车作业速度快，比较适用于钢轨早期的细微病害的整形作业——预防性打磨。

2.2钢轨铣磨技术

钢轨铣磨是上世纪九十年代在欧洲出现的一种新式的钢轨整形作业方式。钢轨铣磨有两套作业程序，钢轨铣削和钢轨打磨。钢轨铣削的主要原理是利用圆周铣削技术，由镶嵌在刀盘圆周面上的铣刀对钢轨表面进行铣削加工。它是由不同的刀粒组成一个完整的钢轨断面轮廓，采用仿形加工的方式，通过铣刀刀粒与钢轨之间的快速相对运动一次切除较大的金属量，随着刀盘旋转，就将钢轨轨头横断面铣削成标准钢轨轮廓，一次加工成形。在对钢轨完成铣削作业后，根据线路的实际状况和用户的需求，利用铣削刀盘后面布置的打磨盘，将铣削过的钢轨表面进行打磨，消除掉钢轨表面的棱角，进一步平顺钢轨表面。适合消除顶面波磨、裂纹和剥离掉块等伤损。对较严重的表面伤损，也可以通过切削量的设置而实现一遍铣磨，其钢轨表面平顺度恢复较好，作业效率较高。由于这种铣削方式一次的铣削量比较大，很适用于钢轨周期性打磨和矫正性打磨。同时，这种钢轨作业方式能够在一定程度上减小单纯靠钢轨打磨作业方式而产生的大量热量、火花和污染物和噪音，较适合于城市轨道交通隧道等对环境要求较高的地段使用。但对特殊型面钢轨如岔钢轨或非对称钢轨型面进行整修时， 需要设计特殊的刀盘或改变其中的刀粒布置方式。

2.3钢轨打磨、钢轨铣磨的技术指标对比

以下是钢轨打磨、铣磨两种不同的技术方案在作业技术指标方面进行的相关对比分析，其中，钢轨铣磨车以LINSINGER（林辛格）公司的SF03-FFS铣磨车为参考对象，钢轨打磨车以美国Harsco（哈斯科）公司的PGM-48型钢轨打磨车为参考对象进行对比[4]。

2.4钢轨打磨、钢轨铣磨的综合经济性的比较

使用情况和业绩的方面，结合目前两种车辆在国内铁路行业中的实际使用情况进，目前国内使用业绩中打磨车居多，铣磨车相对较少。

3.结语

钢轨在线整修后的效果评价主要体现在以下三个方面：（1）钢轨修正的作业精度；（2）修整后表面的粗糙度；（3）钢轨修整的经济适用性[5]。综合来看，通过上述的技术对比，铣磨车在切削能力、作业精度、光洁度等方面有明显的优势，在处理病害严重的钢轨时所体现的效率也比较令人满意。同时钢轨打磨车在处理病害较轻的钢轨时，作业效率较高，且具有灵活性，可根据需要打磨出不同的钢轨轮廓以满足特殊需要。因此，铣磨车、打磨车都有各自的优点和局限性，两者具有很强的互补性，不能简单认为依靠于单一的技术方案便可覆盖钢轨整修作业的全部内容。在实际工作中，应根据损伤钢轨的损失程度，综合经济性与设备作业频率加以考虑并选用，在线钢轨整修作业前，要注意做好钢轨横、纵向断面的测量工作，以及伤损与不平顺的分析，设计一套相匹配的周期性作业计划，指导打磨量或铣削量的设定。

在经济实用性方面应系统分析作业过程中的各项成本以及钢轨维修费用等一系列因素。根据以上因素进行统筹分析，集合资本、价值、时间三个因素，最终得出一个量化的分析结果，这样方可对技术成本达到较好预计控制。

【参考文献】

[1]金学松，刘启跃.轮轨摩擦学[M].北京：中国铁道出版社，2004.

[2]周亮节.钢轨打磨形面研究[D].2010.6.

[3]周宇，许玉德.城市轨道交通钢轨全寿命养护策略研究[J].城市轨道交通研究，2008（12）.

[4]金卫锋.钢轨铣磨车作业性能和效果分析.上海铁道科技，2009（4）.

粉末钛合金的表面强化技术 篇7

钛及钛合金具有密度小(约为普通结构钢密度的56%)、比强度高等优点,在现代航空航天、军事工业、民用工业中占据越来越重要的位置。与熔炼制备钛合金相比,粉末冶金法制备钛合金有显著的技术优势,如可灵活选择合金成分和组织均匀等,适合于低成本、高效能、规模化、近终形制造三维复杂形状的高性能零件。

然而,基于钛本身的特性,熔炼钛合金和粉末钛合金均存在硬度低(显微硬度通常不超过430HV[1])、摩擦系数大、耐磨性和耐蚀性差等缺点,严重影响了钛合金的使用性能,限制了其在工程上的应用范围,尤其是粉末钛合金由于致密度较低,使这些缺点更加暴露无遗。因此,如何提高钛合金的硬度和耐磨性一直是钛合金研究与应用所关注的焦点[2]。为了提高钛合金的硬度和耐磨性,国内外学者进行了大量的研究工作,其中表面强化技术是提高钛合金性能的一种有效途径。本文就这方面的研究成果作了简要的阐述。

1 钛合金的表面强化技术

1.1 激光表面改性

采用高功率激光对钛合金试样或工件进行处理是一种非常有优势的表面改性技术。激光光束移动,被激光热流熔化的表面迅速冷却,从而在钛合金表面形成细小的马氏体显微组织,同时在表面可能形成一薄层TiO2,两者均可以提高钛合金的耐蚀性和耐磨性[3]。陈长军等[4]采用脉冲Nd-YAG激光器对航空材料BT20钛合金进行了表面重熔,获得了光滑无裂纹的重熔层,厚度在341~500μm,其相组成与基材一致。激光快速冷却造成的快速凝固和元素成分的均匀化,使重熔后的显微硬度提高至375HV (基材硬度为175HV),同时耐蚀性也有所提高。Langlade等[5]对TC4合金进行激光表面重熔时,通过改变激光参数,在表面得到了组成不同的钛的氧化物,如TiO、TiO2和Ti2O3,使表面硬度和耐磨性有所提高。因此激光表面处理是显著提高钛合金的耐磨性和扩大钛合金应用范围的利器。

激光诱导氮化也可以显著提高钛合金的硬度。该方法是在氮气气氛中用激光对钛合金进行局部或整体照射,在激光作用区域内,激活的氮原子和钛表层原子发生作用形成改性层,从而实现局部表面改性(见图1)[6]。激光诱导氮化通常可以用来提高材料表层的硬度、耐摩擦磨损性能,或者在材料表面获得光学涂层、扩散阻挡层等功能性涂层或薄膜。Laurens等[7]用连续CO2激光器在氮气气氛中对钛表面进行照射,获得了氮化钛。金永吉等[6]用此方法在钛表面制备了氮化层,其主要成分是富钛的α-Ti相和δ-TiN相,同时还有少量的α-Ti(N)固溶体。随激光平均功率的增加,δ-TiN含量增加,使所制备样品的纳米硬度和弹性模量增大。

1.2 激光熔覆涂层

利用高能激光束对材料表面瞬间加热和熔池快速冷却的特性,在钛合金表面用激光熔覆一层增强材料,能够显著改善钛合金的表面性能。激光熔覆可获得大厚度、高强度及对基材依赖性小且性能稳定的涂层,在近些年来引起了人们的广泛兴趣。激光熔覆层不仅与基体之间实现了牢固的冶金结合,而且其厚度可在几十微米到几毫米之间变化,是提高零件表面耐磨性能的有效手段。

Molian等[8]在TC4钛合金表面激光熔覆BN和BN+NiCrCoAlY涂层,熔覆层的硬度在800~1200HV之间,磨损率降低1~2个数量级,耐滑动磨损性能是钛合金的10~200倍。孙荣禄等[9]通过对TC4合金表面TiC+Ti和TiC+Ni-CrBSi激光熔覆层的对比研究,揭示了粘结金属种类对TiC激光熔覆层组织、硬度和耐磨性的影响。结果发现,TiC+Ti激光熔覆层中TiC颗粒全部溶解,其显微硬度为500~700HV,质量磨损率约为TC4合金的1/3。而TiC+NiCrBSi激光熔覆层中,TiC颗粒部分溶解,细小的TiC颗粒起一定的弥散强化作用,该激光熔覆层的显微硬度较高,为900~1100HV,质量磨损率约为TC4合金的1/10。

刘荣祥等[10]在Ti6Al4V表面激光重熔NiCrBSi+TiN,通过优化工艺参数获得了连续、均匀、无裂纹和气孔的熔覆层,熔覆层主要由γ-Ni、TiN、NiB、Cr2Ti和Ti2Ni组成,平均硬度为1076~1355HV,稀释区为800HV。TC4合金表面激光熔覆TiN陶瓷涂层的显微硬度为500~900HV,明显改善了TC4合金的磨损性能[11]。在滑动距离分别为1000m和2000m时,TiN激光熔覆层的质量损失率分别为TC4合金的15%和9%。TC4合金表面激光熔覆WC-12Co涂层的最高硬度达1200HV[12]。TC4合金表面激光熔覆NiCrBSi+2%B4C粉末时,由于基底中的Ti进入熔池与B4C粉末发生化学反应原位生成TiC、TiB2硬质增强相,熔覆区的硬度可达1200~1400HV,比单一的NiCrBSi熔覆试样(900~1000HV)提高了约30%[13]。

蒋平等[14]用预涂SiC粉的方法对Ti6Al4V合金进行激光表面合金化,成功制备了以硬质TiC和金属间化合物Ti5Si3为增强相的耐磨复合材料表面改性层。金属间化合物Ti5Si3具有熔点高、高温稳定性及高温抗氧化性能优异等突出的特点,在常温及高温条件下均是一种优异的耐磨材料。改性层平均显微硬度提高2~3倍,在绡-环滑动磨损和二体磨料磨损条件下的耐磨性分别提高26.7~44.6倍和6.4~8.6倍。

激光表面熔覆是通过局部熔化而实现表面合金化的,调整工艺参数,可以获得具有特殊组织性能的表面合金层,但合金层表面不平整,成分控制比较困难,同时合金层与基体结合界面处易产生裂纹。

1.3 微弧氧化

微弧氧化又称为等离子微弧氧化,是一项在Al、Mg、Ti等有色金属表面生长氧化物陶瓷膜的新技术。该技术通过微弧放电区瞬间高温高压烧结直接把基体金属变成氧化物陶瓷,具有生产效率高、工艺简单经济、耐磨陶瓷氧化膜同基底结合强度高、可制备较厚涂层且涂层厚度可控等特点,受到了各国研究者的重视[15,16]。

研究表明,采用交流电源得到的合金表面氧化膜性能比直流的高,且容易得到较厚的膜层。薛文斌等[17]采用交流微弧氧化方法, 以铝酸盐溶液为电解液, 在TC4钛合金表面生长出氧化物陶瓷膜。所得到的外界膜为晶态的TiAl2O5相及少量金红石TiO2相。从膜表面到膜内部,金红石相含量逐渐增加,硬度和弹性模量逐渐增大,靠近钛/膜界面附近时最大,分别为13GPa和230GPa。膜外层的硬度达到8GPa,比基体硬度高4.2GPa。此外,微弧放电瞬间高温高压过程并没有促进氧原子进入未氧化的钛合金基体,有利于钛合金经过微弧氧化表面处理后仍保持它的力学性能。

幸泽宽等[18]研究了硫酸型溶液中钛合金微弧氧化膜的结构与性能,获得了由锐钛矿型TiO2和少量金红石型TiO2组成的厚为3.5~11.5μm的膜层。此膜层均匀、致密、稳定,具有良好的防腐、耐磨性能,显微硬度和耐30%硫酸腐蚀能力、摩擦系数分别比基体提高70%、50%和100%,磨损率为基体的1/10。王亚明等[19]采用Na2SiO3-(NaPO3)6-Na3MoO4溶液体系,利用微弧氧化法在TC4钛合金表面制备了氧化物涂层,其主要由锐钛矿和金红石相TiO2构成,涂层厚约为20μm,其致密层的硬度约为13.5GPa。在0.5N低载荷和摩擦循环小于2000次的条件下,涂层的抗摩减磨性能优良,在干摩擦条件下同GCr15钢对摩时呈现出轻微磨粒磨损和粘着磨损特征。

与其它表面强化技术相比,微弧氧化法制备的膜表层通常为多孔结构,组织疏松,甚至能用砂纸打磨掉[17],但内层较为致密。

1.4 离子注入

离子注入是选用一种高能量离子束注入到材料的表面中,使材料表面的成分和性能发生变化,是一种物理合金化过程。离子注入用于解决膜基结合问题具有独特的优势,注入元素与基体溶为一体,不形成新的界面,不存在膜脱落的问题;能在原子级的范围内调整材料表面的成分和结构,从而精确控制材料表面和界面特性。采用B+、C+、N+等非金属离子注入钛合金后,在合金表面生成了硼化物、碳化物、氮化物等,提高了材料的硬度和耐磨性,其中N+注入对改善TC4合金耐磨性的效果最好。TC4钛合金经N+注入后,其综合性能明显优于相同工艺处理的316L不锈钢[20]。

离子注入能显著提高材料的耐磨性和抗蚀性。但传统的离子注入技术只能进行“视线注入”,即只能注入暴露在离子枪口下的工件表面,工件中的凹面和内圆表面则不能注入。一种新型的注入技术——等离子体浸没式离子注入(Plasma immersion ion implantation, PIII)从根本上克服了传统离子注入的上述缺点[21],是一种很有推广价值的技术。王钧石等[22]采用PIII技术对Ti6Al4V合金进行剂量为3×1017ions/cm2的N+注入,在钛合金表面制备了一层金黄色的高耐磨TiN硬化层。离子注入层中有TiN和非晶相形成,注入表层的硬度和耐磨性明显提高,其磨损机理由较严重的粘着磨损向轻微的磨粒磨损转化,明显改善了钛合金的摩擦性能。此外,用PIII技术注入金属Ta+、Ca+等也可以明显改善TC4合金的硬度和耐磨性[23]。

离子注入技术可以获得耐磨及强韧的表面合金层,但合金层太薄,一般小于1μm,同时设备昂贵,工艺复杂,不适合大面积处理。

1.5 非平衡磁控溅射

非平衡磁控溅射是一种物理气相沉积制备膜层的技术,它拓宽了等离子体区域,提高了沉积基片附近的等离子体密度,利用离子轰击对基体和生长薄膜的作用(见图2)[24],可以制备致密度高、膜/基结合力好的高质量薄膜。

张琦等[24]采用非平衡磁控溅射技术,在TC4钛合金表面制备了致密的氮化钛薄膜,研究了氮气和氩气分压比(PN/PAr)对薄膜性能的影响。当PN/PAr较小时,氮化钛薄膜中存在Ti2N相,Ti2N相可有效地提高薄膜的硬度和耐磨性;当PN/PAr增加到0.1时,薄膜硬度最大,耐磨性能最优;随着PN/PAr的继续增大,氮化钛薄膜中主要存在TiN相,氮化钛薄膜的复合硬度和耐磨损性能降低。同时发现,薄膜沉积时靶基距减小,氮化钛薄膜的硬度与耐磨性提高。此外,采用非平衡磁控溅射技术在钛合金表面沉积氮化钛薄膜还可以显著提高其在Hanks类体液中的耐腐蚀性能,在延长人工心脏瓣膜的寿命方面有较广阔的应用前景。

林松盛等[25]采用阳极层流型矩形气体离子源结合非平衡磁控溅射法,在TC4合金表面制备类金刚石(DLC)薄膜,提高了钛合金的承载能力和硬度,对基体材料起有效的耐摩减磨作用。尤其是掺钨类金刚石薄膜,由于形成了WC微晶,具有更高的承载能力及更优异的抗磨性能。此外,采用非平衡磁控溅射共沉积MoSi2和Ti、Cr、W等金属,可以提高薄膜致密性,避免氧化吸潮,提高膜层的抗湿性能,从而提高MoS2膜层在空气中的耐磨性[26]。

1.6 双层辉光离子渗

双层辉光离子渗技术是在离子氮化技术基础上发展起来的等离子表面冶金技术,用此技术进行钛合金表面改性不仅效率高、无污染,还可以避免传统的固体粉末渗金属法等大气环境下的技术带来的氧化以及由于介质含氢造成的氢脆等问题。其主要原理是利用双层辉光放电现象,在离子氮化装置中增加一个由欲渗合金元素构成的源极。该源极和阳极之间设有直流电源并使其间产生辉光放电。利用辉光放电所形成的氩离子轰击源极材料,从而使合金元素被溅射出来, 经沉积和扩散使工件表面形成具有特殊物理化学性能的合金层。其原理示意图如图3所示[27]。合金层中的合金元素含量及合金渗层厚度可以通过调整工作气压、极电位、阴极电位以及温度与保温时间等工艺参数加以控制。

张平则等[28]采用双层辉光离子渗金属技术,在工业纯Ti和TC4合金表面渗Mo,制备出Mo-Si合金层。该合金层与基体结合牢固,且具有良好的抗磨损性能。与淬火处理的GCr15钢球(硬度62HRC)对磨时,TC4合金表面形成的Ti-Mo合金层比磨损率仅为基材的1/500。磨损性能的提高得益于表面合金层中Mo元素固溶强化而产生的高硬度。TC4合金经双层辉光离子渗铝后,在其表面形成了由熔合层和扩散层组成的合金层,其厚度可达13μm,由高强相Ti3Al和α-Ti组成,Ti3Al的出现使材料硬度较渗铝前有了较大的提高[29]。TC4合金在930℃进行W-Mo共渗的结果表明[30],试样表面硬度比基体提高了近1倍。渗层组织完整,具有明显的沉积层和过渡层,基体组织没有长大(见图4)。采用该技术进行渗Ni、Cr、Nb等也取得了良好的强化效果。

除了渗金属外,该技术还可实现无氢渗碳、渗氮和碳氮共渗。TC4钛合金经双层辉光无氢离子渗碳处理后,在表层形成含TiC和C的合金层,TiC相的形成及固溶强化作用使渗层硬度显著提高,摩擦磨损性能明显改善,摩擦系数由原来的4.5左右降低到了0.2左右[31]。TC4合金表面经无氢碳氮共渗处理后,渗层内形成了包含TiC、TiN的硬度相,使表面硬度大幅度提高。在摩擦磨损时粘着现象明显减弱,摩擦系数降低1/2,比磨损率降低4个数量级,耐磨性大幅度提高[27]。

1.7 高频感应处理

高频感应氮化处理可以在钛合金表面生成氮化膜。该技术在被处理试样外装置一组感应器,在高频电磁场中对试样进行加热,当试样达到一定温度时,与通入的氮气迅速反应,并在其表面生成金黄色光亮的氮化钛膜层。韩翠红等[32]在1160℃对TC4合金进行高频感应氮化处理,得到了由TiN和Ti2N组成的膜层,表层的显微硬度可达到963~1373HV,比基体有明显的提高。类似地,采用高频感应氧化技术可以于较短时间内在钛合金表面获得致密的氧化膜。史艳俊等[33]将TC4钛合金于950℃经高频感应氧化处理后,表面的显微硬度为786~1589HV,但膜层不宜超过30μm。

与其它表面处理技术相比,高频感应氮化处理有以下特点:(1)易于实现高功率加热,加热速度快,效率高,能耗小;(2)加热温度控制精确、快捷,易于实现加热过程的自动化控制;(3)采用非接触式加热方法,氮化膜中不易掺入不纯物质;(4)作业环境符合环保要求。但目前对该技术的研究还十分有限。

除上述的几种典型工艺外,还有多种钛合金表面强化的技术,应根据实际工况条件进行选择。有时采用2种复合工艺会取得更理想的效果。如采用等离子喷涂+激光熔覆工艺,可以改善单一的等离子喷涂涂层与基体结合强度低、涂层孔隙率高的缺点,还有利于控制涂层材料晶粒的过度生长、消除涂层内部缺陷等。李崇桂等[34]采用等离子喷涂技术在TC4钛合金表面制备了常规Metco130陶瓷涂层及纳米结构Al2O3-13%TiO2(质量分数)涂层,并利用CO2激光器对涂层进行激光重熔。激光重熔后,纳米结构涂层仍呈纳米结构,重熔层与基体形成了良好的冶金结合,且涂层中孔洞减少,气孔率降低,其组织结构更为均匀致密,涂层的硬度有较大提高。

2 结束语

液压支架立柱表面修复技术的研究 篇8

关键词：液压支架立柱,激光熔覆,等离子熔覆

液压支架是煤矿综采面的核心设备, 能够安全可靠地支撑和控制整个回采工作面, 隔离开采区, 有效保证开采工作的安全顺利进行;立柱是液压支架的关键承载部件, 承载综采面顶板作用于液压支架的载荷并传递到底座上, 且长期在井下复杂恶劣的酸、碱性腐蚀介质中工作, 会出现腐蚀、划伤等缺陷而造成液压支架失效。因此, 研究液压支架立柱表面修复工艺, 全面提升立柱表面的耐磨、耐蚀、抗冲击性能, 延长立柱使用寿命, 具有较好的经济效益和社会价值。

目前, 国内液压支架立柱表面修复技术主要采用传统的电镀硬铬工艺, 但是该工艺修复后的立柱使用寿命较短、可修复次数少且存在环境污染危害身体健康等问题, 不符合国家当前倡导的节能、环保、减排的政策要求, 因此, 亟需一种绿色环保的立柱表面修复技术替代电镀技术。最近几年兴起的等离子熔覆技术和激光熔覆技术, 均具有熔覆层与基体结合牢固、组织致密等优点, 而且修复后的立柱性能远优于经电镀修复的立柱性能, 因而受到广泛的关注和大力的推广。本文对液压支架立柱等离子表面修复技术和激光表面修复技术进行了对比研究。

1 液压支架立柱失效形式分析

1.1 液压支架立柱材质

目前, 国内矿用液压支架立柱的材料为27Si Mn钢, 其主要化学成分见表1。

1.2 液压支架立柱失效形式

由于井下复杂特殊的工作环境:湿度大 (相对湿度75%以上) , 加上含S2-等腐蚀物质的粉尘较多以及井下空气中含有SO2、H2S等有毒有害气体, 形成了井下复杂特殊的酸、碱性腐蚀介质的工作环境, 立柱作为液压支架的主要承载部件, 在长期服役过程中, 其表面承受冲击和腐蚀等作用, 会出现不同程度的锈蚀、麻坑等缺陷, 影响密封性, 造成立柱在使用过程中失效;另外, 液压支架立柱在使用过程中, 因局部磕碰或煤渣颗粒使立柱表面磨损划伤而失效。因此, 腐蚀和磨损是煤矿用液压支架立柱失效的主要形式。

2 等离子熔覆和激光熔覆技术

等离子熔覆技术和激光熔覆技术工作原理类似, 利用高能离子束/激光束将基材表面金属和熔覆材料同时熔化, 并发生复杂的物理化学反应, 原位形成表面熔覆合金层。

2.1 修复工艺对比

对液压支架立柱表面分别采用等离子熔覆和激光熔覆技术进行耐磨处理, 耐磨熔覆层与立柱基材27Si Mn钢结合牢固, 均呈深度冶金结合, 且熔覆层组织紧密, 二者熔覆工艺如下:

(1) 等离子熔覆。 (1) 对立柱除锈去污, 去疲劳层; (2) 等离子熔覆; (3) 熔覆缺陷修补; (4) 立柱校直; (5) 机械车削加工。

(2) 激光熔覆。 (1) 清理立柱表面油污, 去表层; (2) 激光熔覆; (3) 熔覆缺陷修补; (4) 机械加工。

从工艺流程可看出, 液压支架立柱表面等离子熔覆工艺相比激光熔覆工艺, 多了一道对立柱校直处理的工序。这是由于等离子熔覆热输入量大, 立柱易变形, 如果不进行校直, 可能造成液压支架立柱与缸体装配不当, 甚至出现无法装配的现象, 因此必须对等离子熔覆处理的立柱进行校直处理。在熔覆过程中, 通过对立柱表面进行温度测定, 发现等离子熔覆中的立柱表面温度在250~350℃, 远远高于激光熔覆立柱表面的温度100~150℃, 充分表明激光熔覆技术热输入量小、工件不易变形的特点[1,2,3]。

2.2 熔覆层性能对比

分别利用等离子熔覆技术和激光熔覆技术对液压支架立柱表面进行强化处理, 所用熔覆材料为自主研发的铁基自熔性合金粉末, 对2种表面熔覆层分别进行硬度测试、磨损测试和腐蚀试验测试, 其硬度测试结果见表2。

HRC

磨损试验是以磨粒磨损方式进行测试, 试验参数为加载力45 N, 磨损2 000转, 转速200 r/min, 其磨损测试结果见表3。

腐蚀试验是在中性盐雾环境模拟试验条件下进行的, 盐雾试验箱试验参数:腐蚀溶液Na Cl为5%±1% (50 g/L) ;p H值为6.5~7.0;盐雾箱内温度为 (35±2) ℃;盐雾沉降率为1~2 m L/h, 腐蚀时间为72 h (表4) 。

由表2可看出采用2种熔覆技术熔覆层的硬度相差不大, 达到55 HRC左右, 比熔覆前立柱的硬度高, 说明采用这2种熔覆技术均能使合金粉末与基材冶金结合, 明显提高液压支架立柱表面的硬度。从表3磨损试验情况可知, 经2种熔覆技术强化的立柱表面耐磨性均得到显著提高, 熔覆层失重量显著减少, 而激光熔覆得到的熔覆层更加致密, 组织更加均匀, 耐磨性较等离子熔覆稍高, 其相对耐磨性分别是基材27Si Mn的1.028/0.112=9.18倍和1.028/0.120=8.57倍, 说明经这2种熔覆技术强化处理的液压支架立柱具有良好的耐磨性能, 对立柱使用过程中煤渣颗粒对其表面的磨损起到一定的防护作用。由表4熔覆层腐蚀试验可看出, 2种熔覆层的耐腐蚀性明显比基材27Si Mn的耐腐蚀性能好, 分别是基材27Si Mn的4.554倍和3.775倍, 对于液压支架立柱井下环境:酸、碱腐蚀介质具有很好的防腐蚀作用, 延长其使用寿命。

经等离子熔覆技术和激光熔覆技术强化的液压支架立柱, 其表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性都得到强化, 对基材起到一定的保护作用, 由于激光熔覆高能量、热量集中的特性, 得到的熔覆层较等离子熔覆层更加致密均匀, 相对耐磨性及耐腐蚀性能都稍高于等离子熔覆层[4,5,6,7,8,9]。

液压支架立柱表面采用等离子熔覆和激光熔覆处理, 由于热源不同, 对基材影响也不同, 其熔覆层厚度及热影响如图1所示, 其具体数据见表5。

由图1和表5可看出, 采用激光熔覆及等离子熔覆技术对立柱表面进行强化处理, 由于激光具有能量高、升温快、能量集中等特点, 熔覆层厚度较等离子熔覆层薄, 后期机械车削量小, 节约熔覆材料, 降低熔覆成本, 且熔深浅, 过渡区域小, 立柱基材受热影响较小, 变形收缩量小, 对基材组织影响甚小, 立柱变形小[10,11]。

3 经济效益分析

在煤矿机械设备的表面修复强化领域中, 等离子熔覆技术的发展及应用较激光熔覆技术成熟, 由于激光熔覆设备投资成本及后期维修护理成本较高, 导致激光熔覆立柱表面强化成本是等离子熔覆成本近2倍。目前, 单位表面积等离子熔覆液压支架立柱价格为3 500元/m2, 而采用激光熔覆价格为6 000元/m2, 等离子熔覆设备及工艺在立柱表面修复强化领域还是比较成熟和稳定的, 其成本价格基本保持稳定, 下调的空间不大;而激光熔覆修复强化立柱是一种新型技术, 随着激光应用技术的不断发展及市场竞争的加剧, 激光熔覆设备的价格肯定会下降, 降低激光熔覆投入成本。另外, 随着市场的发展和客户要求的不断提高, 具有高能量密度以及对基材影响较小, 工件不易变形等特点的激光熔覆技术, 在立柱表面修复强化领域具有强大的竞争优势, 经济效益显著。因此, 从市场和客户的长远角度来看, 激光熔覆手段的技术优势强, 发展空间大, 是立柱表面修复技术发展的必然趋势。

4 结语

(1) 采用等离子熔覆和激光熔覆技术对液压支架立柱表面修复强化处理, 其硬度、耐磨性能和耐蚀性能均得到提高, 对立柱表面有效起到防护作用, 延长立柱使用寿命。

(2) 激光熔覆技术修复立柱表面的各方面综合性能均优于等离子熔覆技术, 在液压支架立柱表面修复领域竞争优势和应用前景大, 具有重要的技术革新意义。

参考文献

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压力容器检验表面缺陷的技术研究 篇9

压力容器, 是用于盛装气体或液体并承载一定压力的密闭设备, 在经过一段时间的交变载荷的使用后, 可能会暴露出某些缺陷问题, 因此, 提高压力容器的检验技术是确保其正常工作的重中之重。

二、压力容器较常见的表面缺陷

在压力容器检验中较常见的缺陷问题一般可分为表面缺陷与内部缺陷, 表面缺陷可通过目测及相关仪器进行检测, 主要包括焊缝尺寸不符合要求、咬边、焊瘤、塌陷、表面气孔、表面裂纹、烧穿等。

三、压力容器常见表面缺陷的检验

3.1对压力容器中常见表面缺陷的检验

某些压力容器存在焊缝错边现象, 这是指焊缝两侧的焊趾母材之间分开并且具有一定的高度。但是, 在检验过程中精准测量出焊缝错边量的大小就必须借助焊缝尺, 由于压力容器焊缝两侧母材的表面总会存在曲率变化, 致使母材表面变得不平整, 因此, 在检验的过程当中一定要规范操作。

3.1.1检验前先掌握压力容器焊缝布置, 并找到焊缝上错变量最大的位置, 并在此作好标记。

3.1.2对错边量进行检验时, 必须先将焊缝两侧的飞溅彻底清除净, 减少其对于检验结果的影响。

3.1.3若压力容器焊接的板材厚度不同, 在测量时则要将结果减掉两板材间所差的厚度。如果焊接中较厚的板材已被削成斜坡状, 那么厚板材的厚度则应该是其母材实际的厚度, 要想确定厚板材被削薄的斜度和焊缝的宽度, 则需要对焊趾处母材的厚度或是两个板材之间的厚度差进行测量。在测量的过程当中必须注意厚板材和薄板材间的高度, 如厚板材的母材比薄板材要高, 则错边量要减掉两板材间的厚度差, 相反, 厚度差则无须减掉。

3.1.4对压力容器纵缝进行检验时, 焊检规所测量出的结果有时难于保证其准确度, 特别是焊检规所使用的固定脚架与滑尺间的距离相对焊缝的宽度较小时, 测量结果误差较大。因此, 在此处进行焊缝错边量的检测时, 最好使用样板与万用量规。

3.2对压力容器棱角度进行的检验

棱角度, 是指在压力容器焊接过程中环向形成的棱角。在焊缝的检查过程中, 对棱角度的大小进行准确的检验是一项较复杂的工作, 特别是压力容器当中错边量与棱角度这两项缺陷共存时, 其检验工作相对较难。因此, 在对棱角度进行测量时, 应将所测量到的数值平均值作为此处棱角度的值, 此种测量方法还能够保证筒体内侧与外侧棱角度的值相一致。对棱角度进行测量时, 因焊缝两侧和标准曲面存在一定偏差, 所以, 棱角度的测量和样板长度存在直接的关系, 应注意样板是否达到合适长度以确保准确测量, 在对样板进行选择时, 样板长度不能小于300cm, 弦长则要控制在1/6D以内。

3.3对压力容器常见表面缺陷的处理

3.3.1腐蚀, 主要是指压力容器内部所盛装的介质与金属内壁发生化学反应所形成的损坏, 会使容器的内壁厚度大面积的减薄, 这种腐蚀通过检验人员的目测检查就能够发现, 并借助测厚检测仪器对压力容器的厚度进行检测并核实减薄范围, 根据设计参数进行强度校核后, 能够达到强度校核标准的压力容器可继续使用, 不能达到其标准的应按照使用单位所提供的工作参数重新进行强度校核, 满足使用条件后可监控运行, 否则应停止运行。

3.3.2表面裂纹等缺陷的处理

表面裂纹是在焊接接头的焊缝、熔合线、热影响区出现的表面开裂缺陷;表面气孔是在焊接过程中, 熔池中的气体未完全溢出熔池, 而熔池已经凝固, 在焊缝表面形成的孔洞。对产生此类缺陷的焊接接头, 应采取机械打磨清除缺陷, 并进行补焊。

四、小结

在装备制造业中压力容器是不可或缺的部分, 因此, 应加强压力容器常见缺陷的检查能力, 并通过使用新技术来提高检验精度, 做好缺陷定性和处理工作, 确保压力容器能够正常工作。对于压力容器的检验一定要由具备检验检测资格的专业人员进行, 并及时同设备使用单位负责人交流, 以掌握压力容器的实际性能和状况, 并参考压力容器的先关标准进行相关缺陷的检验及处理, 根据实际情况采取科学合理的方法, 提高压力容器的安全系数并确保其正常运行, 从而促进我国装备制造业的发展, 促进我国工业的快速前进, 给我国综合国力的增强提供保障。

摘要：随着社会经济的飞速发展, 我国的工业生产也得到了长足进步, 其中的装备制造业可以视为领军行业, 这一行业的不断发展带动了对压力容器的需求, 同时更提高了对其质量的要求。由于压力容器属于装备制造业当中不可或缺的部分, 而其发展水平的高低对国家的综合国力有着直接的影响, 因此, 我国十分重视压力容器的制造与生产, 当然, 压力容器缺陷的检验技术在其制造与生产的过程中占据着非常重要的地位, 本文就当中对压力容器比较常见的表面缺陷检验技术作了简单的分析, 为压力容器缺陷问题的解决提供一些参考。

关键词：压力容器,表面缺陷,检验技术,研究

参考文献

[1]韦保, 赵守辉, 王世强.压力容器定检[J].辽宁化工.2013 (05)

关于塑料模具表面强化技术的研究 篇10

1 塑料模具概述

塑料模具, 即在塑料加工工业中与成型机配套使用, 使生产出的塑料制品构型完整、尺寸精确的工具。例如, 组合式塑料模具可以用于压塑、挤塑、吹塑、注射、低发泡成型等多种制作方式, 组合式塑料模具一般由凹模和凸模组成。其中, 凹模具有可变型腔, 由凹模组合基板、凹模组件、凹模组合卡板组成;凸模具有可变型芯, 由凸模组合基板、凸模组合卡板、凸模组件、侧截组合板、型腔截断组件组成。我们可以通过凹模、凸模、辅助成型系统的组合变化来加工不同形状、不同尺寸的塑料制品。

由于塑料品种繁多, 加工方法多样, 塑料成型机及塑料制品结构有繁有简, 所以相应的, 为满足塑料制品的生产要求, 塑料模具的种类和结构形式种类也是多种多样的。由于不同塑料制品的成型方法不同, 对应不同工艺要求, 塑料模具可以分为挤出成型模具、注射成型模具、高发泡聚苯乙烯成型模具、吸塑成型模具等。

2 塑料模具性能要求及其失效形式

2.1 塑料模具性能要求

塑料模具与成型机配套使用时, 温度一般在150℃至200℃, 这表明了塑料模具的使用过程中不但受到压力作用, 同时也受到温度作用, 依据塑料模具的使用环境及加工方法我们可以归纳出塑料模具的基本性能要求: (1) 良好的型腔表面光滑度。高品质的塑料制品对型腔表面的粗糙值有很高的要求, 塑料模具的型腔表面应进行抛光处理, 减小表面粗糙度, 一般来说, 表面粗糙度应低于0.4um, 以保证塑料塑料成品外观良好且便于脱模。 (2) 足够的表面硬度及耐磨抗蚀性。模具在工作过程中会受到较大的压力和摩擦力, 为保持模具形状精度及尺寸精度, 塑料模具成型面硬度必须保持在50~60HRC以下, 塑料模具表面具有足够的硬度, 从而确保模具的刚度和耐磨抗蚀性符合技术要求。 (3) 优良的切削加工性。塑料模具有时要根据实际情况进行相应的切削加工和钳工修配, 所以塑料模具用钢应具有适宜的硬度, 以确保切削加工的顺利进行。 (4) 良好的热稳定性。由于塑料模具结构的复杂性, 很难对成型模具进行二次加工, 所以塑料模具制作过程中应选用热稳定性较强的材料作为原料。保证塑料模具具有较小的变形率以及较小的尺寸变化率, 保证塑料模具的尺寸精度及表面粗糙度。

2.2 模具的失效形式

塑料模具的失效形式主要有:成型面磨损及腐蚀、塑性变形、断裂。

成型面磨损是指物料对模具成型面的摩擦作用使成型面产生拉毛现象, 其根本原因是模具与物料间的磨擦作用。成型面的磨损程度与塑料制品生产过程中的压力、温度、物料变形、润滑等多种因素有关。成型面的腐蚀则是指塑料制品生产过程中产生的腐蚀性气体对模具型腔面产生腐蚀作用。此外, 模具如果同时发生磨损与腐蚀现象, 两种现象交叉作用, 也会加速模具的失效。

模具在持续受压、受热作用下, 容易产生局部塑形变形而导致模具失效, 这种失效形式称为塑形变形失效。发生变形失效的根本原因是模具型腔表面硬化层厚度过低, 模具变形抗力不足或模具热处理时组织结构发生变化。

塑料模具结构过于复杂, 在成型过程中存在的较薄的部位或者塑料模具回火处理不足, 在塑料制品生产时受压力及温度的作用容易产生断裂, 称为断裂失效。断裂失效是失效形式中危害最大的一种失效形式。

3 塑料模具表面处理技术

塑料模具的表面处理按照其工艺特点可以分为表面热处理、电镀及化学镀、气相沉积等。

3.1 塑料模具表面热处理

塑料模具表面热处理包括表面淬火和化学热处理两类。表面淬火是通过对模具表面进行淬火等热处理, 目的是通过模具表面的温度发生较大变化, 改变其组织性能。热处理过程中, 模具表面忽冷忽热, 使表层发生硬化, 内部保持其韧性, 使得模具变形小且性能增强。化学热处理一般包括渗碳、渗氮、渗硫、渗硼等, 化学热处理能有效提高模具表面的耐磨性和强度, 其中, 渗碳、渗氮、碳氮共渗是最常应用的几种塑料模具表面化学热处理的方法。

3.2 电镀和化学镀

塑料模具表面电镀包括金属电镀及复合电镀两类。对模具表面进行电镀处理温度低, 塑料模具易加工是电镀的显著优点, 常用的电镀有镀铬、镀镍等。复合电镀是指电镀过程中, 金属与电镀液中的固体微粒同时沉积从而形成镀层, 固体微粒可以按照性能需求选择不同材料, 复合电镀可以增强模具表面的耐磨性、耐蚀性及耐热性。化学镀的均镀能力以及深镀能力优于电镀, 化学镀可以使模具表面镀层厚度均匀, 镀层致密且空隙较小。化学镀的另一优点是化学镀设备简单, 操作简便。

3.3 气相沉积

气相沉积是利用气相中发生的化学、物理过程, 在模具表面形成成分为金属、非金属、化合物等装饰性或功能性涂层。气相沉积按照表面涂层成膜原理的不同可分为化学气相沉积、物理气相沉积、等离子体增强化学沉积等三种。经过气相沉积处理后, 模具表面可具有较高的抗磨性、耐蚀性和抗氧化性, 能显示提高模具的性能及使用寿命。

4 总结

对模具表面强化技术的研究可以充分发挥塑料模具的发展潜力, 有效提高塑料模具的性能及使用寿命, 对推动我国塑料制品行业以及我国国民经济的发展有重大意义。我们应重视模具表面强化处理的理论研究及应用研究, 积极研发先进设备, 以进一步推广塑料模具的应用范围。

参考文献

[1]谢全.塑料模具的表面强化技术研究[J].企业导报, 2013, (9) :31-32.

[2]杨常勇, 蒋建清, 等.化学镀Ni-P在塑料模具表面的应用[J].江苏冶金, 2005, 33 (1) :65-66.