化學(xué)熱處理能有效地提高模具表面的耐磨性、耐蝕性、抗咬合、抗氧化性等性能。幾乎所有的化學(xué)熱處理工藝均可用于模具鋼的表面處理。化學(xué)熱處理就是利用化學(xué)反應(yīng)和物理冶金相結(jié)合的方法改變金屬材料表面的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，從而使材料表面獲得某種性能的工藝過程?；瘜W(xué)熱處理普遍地由三個(gè)基本過程組成：1）活性原子的產(chǎn)生通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生活性原子或借助一些物理方法使欲滲入的原子的能量增加，活性增加。2）材料表面吸收活性原子活性原子首先被材料表面吸附，進(jìn)而被表面吸收，此過程為一個(gè)物理過程。3）活性原子的擴(kuò)散材料表面吸收了大量活性原子，使得表面層該原子的濃度大為提高，為滲入原子的擴(kuò)散創(chuàng)造了條件，活性原子不斷地滲入表面層，經(jīng)擴(kuò)散就形成了一定深度的擴(kuò)散層。以上三個(gè)過程進(jìn)行的程度都與溫度和時(shí)間兩個(gè)要素有關(guān)，因此溫度和時(shí)間是化學(xué)熱處理過程中兩個(gè)重要的工藝參數(shù)。
1.離子滲氮離子滲氮是輝光離子滲氮的簡(jiǎn)稱，方法是將待處理的模具零件放在真空容器中，充以一定壓力(如70Pa)的含氮?dú)怏w(如氮或氮、氫混合氣)然后以被處理模具作陰極，以真空容器的罩壁作陽(yáng)極，在陰、陽(yáng)極之間加上400～600V的直流電壓，陰陽(yáng)極間便產(chǎn)生輝光放電，容器里的氣體被電離，在空間產(chǎn)生大量的電子與離子。在電場(chǎng)的作用下，正離子沖向陰極，以很高速度轟擊模具表面，將模具加熱。高能正離子沖入模具表面，獲得電子，變成氮原子被模具表面吸收，并向內(nèi)擴(kuò)散形成氮化層，離子氮化可提高模具耐磨性和疲勞強(qiáng)度。離子滲氮是利用了輝光放電這一物理現(xiàn)象并以此作為熱源加熱工件，由此特點(diǎn)使它具有以下優(yōu)點(diǎn):1）加速了滲氮過程，僅相當(dāng)于氣體滲氮周期的1/2～1/3。2）離子滲氮的溫度可比氣體滲氮低，可在350～500℃下進(jìn)行，工件變形小。3）由于滲氮時(shí)氣體稀薄，過程可控，使得滲層脆性小。4）離子滲氮中有離子轟擊而產(chǎn)生的陰極濺射現(xiàn)象，可以清除表面的鈍化膜，不銹鋼和耐熱鋼表面不經(jīng)處理可直接滲氮。5）局部防滲簡(jiǎn)單易行，只要采取機(jī)械屏蔽即可。6）經(jīng)濟(jì)性好，熱利用率高，省電，省氨。離子滲氮存在的問題是：1）工件溫度的均勻性與測(cè)溫的準(zhǔn)確性尚待提高。2）深層滲氮（＞0.5mm）的生產(chǎn)周期與氣體滲氮接近。工作表面滲氮后能顯著提高模具的力學(xué)性能。氮雖然是一種作為保護(hù)性氣體的惰性氣體,但氮離子化后具有很大的活性，能夠參與表面處理，形成高硬度和抗腐蝕的氮化物，如TiN、Ti2N,Cr2N,VN等。但在離子氮化前必須進(jìn)行去除加工應(yīng)力的退火或回火處理，且不同的材料氮化效果也不同，對(duì)于必須氮化、不能氮化或兩者均可的部位要明確尺寸精度要求。目前，離子滲氮已廣泛應(yīng)用于熱鍛模、冷擠壓模、壓鑄模、塑料模等幾乎所有的模具上，很好地解決了硬度、韌性、熱疲勞性和耐磨性幾者之間的矛盾。
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