TD覆层处理讲义.docx

TD覆层处理讲义一:基本介绍TD覆层处理是热扩散法碳化物覆层处理（Thermal Diffision Carbide Coating Process）的简称，日本被称为丰田扩散工艺，我国也称作熔盐渗金属等无论其名称如何, 其原理都是将工件置于硼砂熔盐混合物中，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钥、胃、铭的碳化物，也可以是其复合碳化物，目前使用性能 最高，应用最广泛的是碳化钮覆层，碳化饥覆层具有极高的硬度，HV可达2800-3200左右, 具有极高的耐磨、抗咬合、耐蚀等性能，覆层致密，光滑，与基体冶金结合，可进行多次 重复处理，是目前解决冷成型模具拉伤问题最有效而经济的方法，可提高工件寿命数倍至 数十倍，具极高的使用价值TD覆层处理技术日本于七十年代就已研制成功，起初该技术也存在不少问题，经过数 十年的改进，技术成熟，已获得极成功的应用，并先后转让至世界许多国家我国七十年代中期就有武汉材料保保护研究所，北京机电研究所，上海工艺材料研究 所等研究单位进行过研究，从发表的文献和我们走访了解到的情况来看，从七十年代至今, 国内有数十家单位对该技术进行过研究此项技术在我国还制订了技术标准即： JB/T4218-946硼砂熔盐渗金属，该标准于1994-10-25批准。

七十至八十年代初，我国不少标准件厂家还建立了相应的设备用于标准件模具的处理, 然而此项技术到九十年代，除了实验室还有一些研究以外，国内根本找不到一家专业从事 该项技术生产的厂家根据我们的分析有这样一些重要的原因第一，工艺性能不稳定， 而一项技术的不稳定要想大规模应用是不可能的第二，设备使用寿命低；第三，TD覆层 处理往往是工件的最后处理工序，而其处理温度一般是850°C~1050°C，钢铁材料均要发生 相变，在随后的冷却淬火过程中，容易产生变形或开裂，很容易使工件报废由于以上三 个重要的原因，使TD覆层处理技术长期以来在国内没有真正大批量应用于生产，那些已建 立了相应设备的厂家到后来也是无法坚持下来而国外对于这些技术细节是保密的改革开放以来，我国已形成了大量的外资或合资企业，这些企业除带来国外先进的管 理理念外，也带来了大量的先进设备和技术其中一些企业从国外进口的模具就采用了类 似TD覆层处理技术的表面处理，当这些模具达到寿命或不慎损坏时，由于国内缺乏成熟的 该类技术，往往只能重新到国外进行类似的表面处理长沙特耐金属材料科技有限公司的科技人员，结合国内外大量的资料和通过大量的试 验，对此项技术存在的问题进行了系统而深入的研究:，并进行了有效的改进，有关核心内 容正准备申请专利。

目前该技术已成熟，已能长期批量稳定生产，并已成功应用于广州本 田，汤普逊显示器，北京松下，等知名外资企业的模具上，模具寿命水平与国外同类模具 寿命相当，成功替代了进口在国内的车轮成型模，轴承保持架引伸冲头，不锈钢焊管成 型等模具上提高寿命数倍至数十倍，取得了良好的社会经济效益二：其它表面处理简介表面处理方法有很多种，就模具而言，常用的有表面淬火如高中频，激光，等离子体、 电子束等淬火；化学热处理如：渗氮、渗硼、渗碳、渗硫，离子注渗碳化钙等；热喷涂； 气相沉积如物理气相沉积PVD,化学气相沉积CVD,物理化学气相沉积PCVD, TD覆层处理 等等每种表面处理方法都在特定的领域取得了成功的应用在这些表面处理方法中，物 理气相沉积（PVD）,化学气相沉积（CVD）,物理化学气相沉积（PCVD）, TD覆层处理技术， 具有比其它一些方法高得多的表面硬度，通常表现出更高的使用性能这儿种表面处理技 术称为表面超硬化处理技术，是目前人们仍在不断研究，并已广泛应用的技术以下分别 介绍 PVD、CVD、PCVD 技术1、物理气相沉积（PVD）PVD在高真空或低气压放电条件下，通过加热或高能粒子撞击等物理方法，使沉积膜材 料的原子或离子气化后再在固体表现沉积成膜的方法o PVD处理包括真空蒸发，溅射、离子 镀三种基本方法，真空蒸发镀膜是在高真空室内加热使沉积材料蒸发（或升华）成气体再 在基片表面沉积成膜，简称为蒸镀，真空蒸镀作为表面强化处理，往往效果有限，目前投 入工业应用的主要是后两种方法。

真空溅射法是用高能离子冲击物质靶材表面，使溅射出来的粒子在基材表面沉积成膜 溅射粒子沉积到基片的速度较蒸镀高50倍，同时乂具有清洗，升温作用，故形成的附着力 较大离子镀将辉光放电，等离子体与真空蒸发技术结合在一起，兼有蒸镀和溅射的优点， 明显地提高了沉积膜的性能，扩大了沉积技术的应用范围通过PVD成膜技术可以形成多种膜,在刀具模具上应用较多的为离子镀TiN,TiALN,TiCN 及其复合等PVD处理技术具有处理温度低，工件变形小，但存在绕镀性和镀层与基体结合 力较差的问题，PVD技术在高速钢和硬质合金刀具上应用广泛2、 化学气相沉积（CVD）化学气相沉积是通过挥发性化合物（通常为金属卤化物）的化学反应，在基片上沉积 成不挥发的固体膜的方法CVD技术根据化学反应的形式可分为热分解，还原，置换反应沉 积CVD能在较低温度下制备难熔物质，且纯度高，致密，可以制备单质，化合物及各种复 合材料CVD用于表面强化的沉积成膜的材料主要为：Tic,TiNC,AlA等材料，这种处理的 温度一般都比较高，可以达到900°C以上，常用1000°C左右，镀层与基体具有良好的结合 力，绕镀性好，但存在工件变形较大，基体晶粒粗大，基体脱碳，对钢铁材料需重新进行 基体的淬火等问题。

CVD在硬质合金工模具等方面的应用较多3、 物理化学气相沉积（PCVD）采用等离子体来活化CVD过程中的化学反应，称为等离子体化学气相沉积（PCVD）o PCVD 用于表面强化的沉积材料与PVD、CVD相似，其特点是沉积温度较低，镀层结合力绕镀性较 PVD有所改善，但与CVD相比仍有较大差距PCVD的应用与PVD类似四：TD覆层处理主要性能特点1、 高硬度工艺渗碳渗氮镀硬铭，化 学镀Ni-P渗硼PVD, PCVD硬质合金TD覆层 处理硬化相马氏体及 碳化物氮化物Fe2B, FeBTiN, TiCNWC, CoVC硬度 (HV)〜900〜120010001300 〜23002000〜30001200 〜18002800 〜32002、 高耐磨性实践i正明，由磨损引起工件的失效，经TD覆层处理技术处理后寿命可以较未经表 面处理或其它表面处理提高儿倍至儿十倍；3、 抗粘结（咬合）实验证明，无论配对材料是难加工的不锈钢，还是其它各种钢材或有色金属，TD 覆层处理都表现出较硬质合金更高的抗粘结（咬合）性能该技术也是目前解决因粘 结（咬合）而引起拉伤问题最有效而经济的方法；4、 覆层与基体冶金结合由于是扩散形成的，TD覆层与基体形成冶金结合，这一点对于发挥TD覆层的高耐磨、 高抗粘结（咬合）性能尤其重要。

如引伸、弯曲、翻边、薄板辐压成型、冷锻、粉末冶金 等模具，一般情况下，镀硬铭，PVD或PCVD镀层由于膜基结合力较小很容易过早脱落，发 挥不出硬化层的性能特点，而TD覆层一般都可以胜任；5、 极高的耐蚀性能实验证明，在许多场合，TD覆层具有较不锈钢更好的耐蚀性能；6、 可多次重复处理中高合金钢工件的TD覆层磨损或损坏后，仅需修复损坏部位，即可再进行TD覆层 处理而镀硬铭、PVD或PCVD镀层则需将工作部位的所有原来的镀层去除，方可再进 行这些处理五. TD覆层处理应用范围适用材料：含碳量高于0.3%的各类钢材，硬质合金都可以形成TD覆层，各类含碳量很低的 材料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, Crl2MoV, Crl2, Cr5MoV, H13,硬质合金等适用工况：各种因磨粒磨损，粘着磨损，摩擦氧化而引起的零件失效，无论配对材料是各类 钢铁材料还是非铁金属、塑料、橡胶、各类粉末材料，采用TD覆层处理技术一般都 可以取得很好的效果如各种引伸、弯曲、翻边、薄板辍压成型、冲裁、冷敏、粉末 压制、压铸、热锻等类模具，各类需要耐磨的机械零件。

以下是TD覆层处理工件的 一些图片六. TD覆层处理典型应用实例1） 框架引伸凹模模具材料Crl2MoV,被加工材料为低碳钢板，该模具不处理使用儿次工件即会出现 拉伤，TD覆层处理后，一般可以达到200-300万件2） 翻边冲头模具材料Crl2MoV,被加工材料为镣基合金，模具不处理使用2-3千次工件就会出 现拉伤，TD覆层处理后，一般可以达到100万件以上3） 车轮钢圈成型棍轮原来采用模具材料CrWMn,进行盐浴氮化处理，寿命1000次左右，工件和模具即 严重拉伤，甚至卡死，后改用模具材料Crl2MoV,并进行TD覆层处理后，一般可以达 到8万件以上4） 冲裁模模具材料Crl2MoV,被加工材料为0. 5mm低碳钢板，TD覆层处理后寿命提高4倍以上5） 不锈钢装饰焊管成型模模具材料Crl2MoV,被加工材料为不锈钢板，原来一般采用高淬高回加氮化处理，很 难解决焊管表面拉伤问题，模具寿命很短后采用模具直接加工抛光到位，无须热处理， 再进行TD覆层处理，可根本解决焊管表面拉伤问题，模具寿命较氮化处理提高4倍以上6） 粉末冶金模被加工材料为磁铁粉，原来模具材料Crl2,寿命1-2万次，后改用Crl2MoV或SKD11, 并进行TD覆层处理，寿命达到20-40万次，寿命提高10-20倍。

七. TD覆层处理注意事项1） 已进行过氮化，渗硼，渗硫，镀硬铭，化学镀NI-P, PVD, PCVD, CVD等表面处理的 零件，需在TD覆层处理前将原处理层去除；2） TD覆层处理有少量变形，工件变形量影响因素比较多，如工件原材料，前热处理工 艺制度，加工应力等，建议处理前与我们联系；3） TD覆层处理前，工件的工作表面需打磨或抛光至Ra lum以下八. TD覆层处理产生的效益1）因工件寿命大幅度提高，提升产品品质，增强产品竞争力；2） 因工件或模具寿命大幅度提高，大幅减少停机次数，提高生产效率，降低生产或运行成 本；3） 因解决模具拉伤工件问题，改善产品外观，增强产品竞争力；4） 无须润滑或减少润滑或无须高级润滑产品.。