表面處理技術對提高塑料模具壽命的影響

嚴金榮

摘 要：塑料模具在人們的生產生活中有著廣泛的應用，因此提高塑料模具的使用壽命十分有必要。塑料模具的使用壽命，很大程度上由其表面性質決定，因此通過表面處理技術能夠對塑料模具進行強化，有效地提高塑料模具的使用壽命，本文就從表面擴散化學熱處理技術、鍍層技術以及表面氣相沉積硬質薄膜等方面介紹如何通過表面處理技術提高塑料模具的使用壽命。

關鍵詞：表面處理技術；塑料模具；使用壽命

中圖分類號：TG76 文獻標識碼：A

1.表面擴散化學熱處理技術

所謂表面擴散化學熱處理技術，其實就是將一種或者多種元素滲入到工件表面，從而改變表面的化學組成，進而改變其性能的表面處理技術。這種技術一般是通過將工件保存在一定溫度下的活性介質中實現，目前常見的方法有滲碳法、滲氮法、碳氮共滲法以及碳氮共滲法。

1.1 滲碳法

滲碳法主要用于強化低碳鋼經擠壓加工型腔塑膠模具，經過滲碳處理后的塑料模具，會在其表面下1mm～2mm范圍內形成一層碳層，碳層的含碳量約為1%左右。不過為了使滲碳能夠改變塑料模具的表面性能，提升其表面的硬度、耐磨性等特征，還需要對其進行淬火、回火的處理，從而使其發生相變強化，讓模具的壽命得以延長。滲碳法的優點在于其成本低，并且能夠對滲層成分梯度和硬度梯度進行控制。但是由于在處理過程中需要較高的溫度，使得模具會產生比較大的形變，所以一般只能應用于精確度要求不太高的模具處理中。

1.2 滲氮法

滲氮法是使氮滲入到模具表面，與滲碳法相比，其所需要的溫度相對較低，因此可以應用于高精度要求的模具之中。模具滲氮之后，在表面強度、耐磨性以及抗咬合性方面都有明顯的提升，并且優于滲碳的效果。滲氮的工藝有很多種，其中離子滲氮工藝應用最為廣泛，相對于普通的滲氮工藝，離子滲氮具有滲速快，不易產生剝落和滲層硬度分布平緩等優點。離子滲氮也存在一些不足，在應用于形狀復雜的模具時，會出現難以加熱均勻的狀況，并且滲層較淺。

1.3 碳氮共滲法和氮碳共滲法

氮碳共滲和碳氮共滲的一致性在于它們都是將氮和碳兩種元素一起滲入到模具之中，區別在于條件不同，使滲入到模具中的碳和氮的比例不同。碳氮共滲所需溫度較高（820℃～860℃），滲入的碳占大多數。這種滲入方式需要在氮碳兩種元素一起滲入之后進行淬火，這樣能夠很好地對模具表面進行強化。并且這種方法相較于滲碳，所需溫度較低，模具產生的形變也更小。氮碳共滲所需溫度較低（570℃左右），滲入的氮占大多數。這種方式所需溫度低，對模具造成的形變小，可以用于強化高精確度的模具。這種方法能夠大大增強模具表面硬度，并提升模具的耐磨、抗咬合以及抗腐蝕等能力。

1.4 以滲碳法為例介紹表面擴散化學熱處理技術的工藝過程

滲碳法是表面擴散化學熱處理技術中的一種常用的處理方法，下面對其處理塑料模具的工藝進行介紹。滲碳法一般將塑料模具在900℃左右進行滲碳處理，處理的時間大概為5h～10h，但是具體的保存時間要根據對滲層厚度的要求來確定，需要靈活選擇。滲碳法一般采取分級的滲碳工藝，這樣能夠達到最好的滲碳效果。第一階段，采取較高溫度（900℃～920℃）使碳快速的滲入到模具表面，第二階段則使用中溫（820℃～840℃），這一階段的主要目的是增加碳層的厚度，利用這樣的方式可以使模具內的碳層具有均勻合理的濃度分布，也有利于后續淬火操作的進行。滲碳后需要對模具進行淬火處理，對滲碳后的模具進行淬火處理的主要方法有：重新加熱淬火、分級滲碳直接淬火、滲碳后空冷淬火以及中溫碳氮共滲后直接淬火等。

2.鍍層技術

鍍層技術也是比較常見的延長塑料模具使用壽命的方法，主要包括電鍍、刷鍍、化學鍍Ni-P以及復合鍍等方式。電鍍一般是電鍍硬鉻和硬鎳，其原理是利用電化學的方法使金屬薄層沉積在塑料模具表面。這種方法的優勢在于其在室溫下進行，不會造成模具的形變，并且具有很好的耐磨性能和硬度，缺點是不耐腐蝕，不能用于需要高抗腐蝕性的模具。刷鍍是一種能夠使金屬工件局部快速沉積的新技術，其最顯著的特點是沉積的速度很快。并且需要的條件簡單，在常溫無槽的條件下就可以進行。刷鍍鍍積速度快是由于鍍筆和工件之間存在相對運動，從而使其能夠使用較大的電流密度，并且刷鍍的鍍液擁有比較高的金屬離子含量。刷鍍的優點在于其工藝簡單，并且擁有良好的鍍層質量和性能，能夠有效地提高磨具的耐腐蝕性，耐磨性，進而延長模具的使用時間。這種方法可以用于野外作業，并且在形狀復雜的模具上也能發揮很高的效果。

化學鍍Ni-P是一種通過氧化還原的方式，用次亞酸鹽將鎳鹽還原，并且使Ni和還原劑中的P同時析出，最終Ni和P共同沉積在鍍件表面。這種方法的優點在于鍍層具有很高的化學抗腐蝕性，在常溫下可以防止鹽酸、有機酸等酸性介質的腐蝕。這種操作方法也比較簡單，并且可以被應用于各種復雜結構的模具上。復合鍍其實是在電鍍和化學鍍的基礎之上衍生而來的，這種方法出現的主要目的是滿足鍍件同時需要多種性能的要求，其操作方法是在鍍液中加入化合物或者金屬的細微顆粒，使這些顆粒能夠和鍍層共同沉積，從而形成比較均勻的復合鍍層。目前，復合鍍具有比較好的發展潛力。

結論

通過表面處理技術處理塑料模具，可以有效地延長塑料模具的使用壽命，對于企業生產成本的降低以及節約資源都有很重要的作用。目前，很多種表面處理技術被應用于提高塑料模具的使用時間，隨著技術的不斷發展，還將會出現許多新的方法，例如離子注入技術、納米和稀土復合鍍層以及復合表面技術等都在研究之中，未來將會在延長塑料模具的使用壽命上發揮重要作用。

參考文獻

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