TD覆层处理技术

TD覆层处理技术一．技术简介热扩散法碳化物覆层处理（ThermalDiffusionCarbideCoatingProcess）,简称TD覆层处理，是一种通过高温扩散作用于工件表面形成一层数微米至数十微米的金属碳化物覆层，其结构如上图所示。该覆层具有极高的硬度，HV可达3200左右，且与母体材料冶金结合。实践证明，这种覆层具有极高的耐磨，抗咬合，耐蚀等性能，可提高工件寿命数倍至数十倍，具有极高的使用价值。二．采用TD覆层处理的主要效益1．大幅度提高工模具或工件的使用寿命，节省生产成本或运行成本。2．大幅度改善产品外观，提高产品尺寸的均一性，提升产品质量。3．大幅度节省维修时间和劳动强度，并减少因维修停机所带来的损失。4．摩擦系数降低，抗咬合性能大幅度提高，无须润滑或减少润滑或无须采用高级润滑产品。三．与相关技术的比较通过在工件表面形成一层高硬度的耐磨材料是提高工件耐磨，抗咬合，耐蚀等性能，从而提高其使用寿命的有效而又经济的方法，TD覆层处理技术以碳化钒覆层为例，其表面硬度可达HV3200左右，较传统的表面处理方法如渗碳HV~900；渗氮HV~1200；镀硬铬HV~1000；甚至渗硼HV1200~1800等表面处理的硬度高得多，因此具有远优于这些表面处理方法的耐磨性能。物理气相沉积（PVD），物理化学气相沉积（PCVD），化学气相沉积（CVD）,TD覆层处理是现代的几种表面超硬化处理方法，其中PVD，PCVD工艺温度低,变形较小,所形成的氮化钛覆层HV可达2000左右,但由于这两种方法形成的氮化钛涂层与母体材料的结合力较差,实际应用中,容易出现涂层的剥落,在使用条件较为苛刻的场合,如引伸类模具;根本就无法达到满意的使用效果,甚至根本无效果.因此PVD,PCVD往往难以发挥超硬化合物覆层的性能优势.高温CVD法形成的碳化钛覆层与TD覆层处理获得的表面覆层硬度接近,并且高温CVD法和TD覆层处理的覆层与基体都是冶金结合,具有PVD和PCVD无法比拟的膜基结合力,因此是目前最有效的表面超硬化方法.相比而言,CVD覆层的运行成本较高,后续处理也比较麻烦,其应用主要集中在硬质合金工件上.而TD覆层处理由于后续处理比较方便,因此既可以用于钢铁材料,也可以用于硬质合金.此外,TD覆层处理技术在无须褪去原先覆层的情况下,可以进行多次重复处理.四.应用范围TD覆层处理可广泛应用于由于各类磨损所引起的模具与工件或工件与工件之间的拉伤或磨损超差的问题.其中因咬合或粘结而引起的拉伤或拉毛问题,TD覆层处理是目前世界上最好的解决方法之一.因磨损而引起的工件尺寸超差等问题,通过TD覆层处理后,提高使用寿命上十倍是很正常的.所处理工件的材料,含碳量大于0.3%的各类钢铁材料,硬质合金等.一般推荐各类中高合金工模具钢.技术原理及工艺TD覆层处理是热扩散法碳化物覆层处理(ThermalDiffisionCarbideCoatingProcess)的简称，英文简称“TDcoating”。因该技术由日本丰田中央研究所于20世纪70年代首先研制成功并申请专利，又被称为“ToyotaDiffusionProcess”,简称“TDProcess”，即TD处理，我国也称作“熔盐渗金属”。无论其名称如何，其原理都是将工件置于熔融硼砂混合物中，通过高温扩散作用于工件表面形成金属碳化物覆层，该碳化物覆层可以是钒、铌、铬等元素的碳化物，也可以是其复合碳化物，目前应用最广泛的是碳化钒覆层。图1所示为TD覆层组织的结构。一般情况下，TD覆层处理的基本工艺过程为：工件检查-抛光-装吊-TD覆层处理-淬火+回火1～3次-清理-检验-尺寸调整-抛光-入库。主要特点以碳化钒覆层为例，TD覆层处理最主要的特点是：1、覆层硬度高，HV可达2800～3200，远高于氮化和镀硬铬，因而具有远高于这些表面处理的耐磨、抗拉伤、耐蚀等性能。表中所示为TD覆层处理与其他几种表面处理技术所能达到的材料硬度比较。2、由于是通过扩散形成的，所以覆层与基体具有冶金结合，覆层与基体的结合力较镀硬铬和PVD或PCVD的镀层如镀钛层高得多，使用中不会脱落，这一点对在成形类模具上的应用极其重要。国内外发展状况TD覆层处理技术从20世纪80年代开始陆续由日本引入世界各地的许多国家，由于各国的国情不同，有些国家用得很成功，也有些国家应用失败。该技术在日本、美国、韩国等国都已得到广泛的应用。国内70年代即已开始研究此项技术，到目前已有数十家单位对该技术进行过研究，发表文章数百篇，专利数项，据了解，目前还有一些单位在专门研究该项技术。实际上中国早在80年代中期就起草了此项技术的技术标准，即：JB/T4218-946硼砂熔盐渗金属，该标准于1994年10月25日被批准。国内的研究成果大多没有经过长时间生产实践的考验，应用中总是存在这样或那样的问题，所以从70年代至90年代，尽管研究的人很多，但没有一家专业从事该项技术加工的厂家。笔者从1991年开始该项技术的研究工作，经过多年的研究和应用摸索，从1997年开始成功应用到各类模具上，并于2001年开始在国内首先成立了专业从事该项技术加工业务的公司。多年来已为数百家国内外企业提供了TD覆层处理加工服务，并成功应用到汽车、家电、五金、制管、冶金等行业的引伸(拉伸、拉延)、弯曲、翻边、辊压成形、冷镦、冲裁、粉末冶金等类模具和一些零部件上，或根本上解决工件表面拉伤问题，或大幅提高工件的使用寿命，取得了极优异的使用效果，也积累了丰富的实践经验。TD覆层处理技术2009/4/8/09:05来源：机械专家网有一定含碳量(如高于0.3%)的各类钢材、硬质合金等都可以形成TD覆层，各类含碳量很低的钢材通过预先渗碳也可以形成TD覆层。对于承载较大、精度较高的工件，一般推荐各类中高合金模具钢，如SKD11、DC53、Cr12MoV、Cr12、Cr15MoV、H13、硬质合金等。应用与推广价值TD覆层处理的应用主要在两方面：一方面是利用其高耐磨、抗粘结性能，从根本上解决成形类模具如拉伸、弯曲、翻边、滚压成形、压铸等模具的表面拉伤工件或粘料问题，提高产品质量，并大幅提高模具寿命；另一方面是利用其高耐磨性能，大幅度提高因各类磨损引起失效的工模具或工件的使用寿命，如冲裁、冷镦、粉末压制等模具。大量实践已经证明，TD覆层处理是目前解决拉伤问题的经济而有效的方法之一，并可将模具的使用寿命提高数倍至数十倍，极具使用价值。如图2所示的车轮轮圈成形模，原来采用CrWMn，进行盐浴氮化处理，寿命1000次左右时，工件和模具即严重拉伤甚至卡死，后改用模具材料Cr12MoV，并进行TD覆层处理后，根本上解决了工件表面拉伤问题，模具寿命一般可达8万件以上。近年来随着我国制造业特别是汽车工业的高速发展，由于TD覆层处理技术在解决汽车高强度钢板和厚料板冲压模具表面拉伤问题和提高模具寿命方面的杰出表现，其应用将会越来越多。图3所示为一些汽车零部件模具经TD覆层处理后的样件。需要说明的是，TD覆层处理是一种在850～1050℃条件下的高温处理技术，处理中必然会产生热应力、相变应力和比容的变化，存在工件变形超差甚至开裂的风险，因此要用好该技术必须要有专业的技术指导，全面考虑材料、焊补、设计、热处理和表面处理、覆层厚度等各个因素，以保证TD覆层处理质量并发挥最佳效果，提升其产品竞争力，为模具制造企业和终端客户带来效益。上一页[1][2]