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涂層技術(shù)——工業(yè)工具的續(xù)命仙丹

2016-03-30 13:16:34 作者：本網(wǎng)整理來源：

　　工業(yè)工具的磨損一直是個“老大難”問題，傳統(tǒng)的鍍鉻工藝由于六價(jià)鉻的致癌性而慢慢廢止，PVD和熱噴涂也有其固有的局限性，而CVD涂層能夠減少成形工具的磨損，提高刀具的壽命，保持工件表面的光潔度，還能減少停機(jī)時間，降低廢品率。

　　簡介

　　工業(yè)應(yīng)用常常會使用比較復(fù)雜的工具，如擠出、注塑以及一些其他材料成型技術(shù)。成本密集型加工和精加工等加工工具的制作依賴于硬質(zhì)合金和工具鋼等硬質(zhì)材料。例如，擠壓模具控制著制品的外管形貌，模具一旦受到腐蝕或者磨損，就不能繼續(xù)進(jìn)行加工了。由此帶來的這些問題可能會影響生產(chǎn)效率，并增加額外的停機(jī)時間成本。

　　大塊硬質(zhì)材料加工工具的使用雖然可以減少磨損等相關(guān)問題，但是如果被加工制件形狀獨(dú)特不利于加工，那么將非常具有挑戰(zhàn)性，并且成本也隨之升高。替代方法就是使用較硬的工具并涂覆硬質(zhì)涂層。例如，硬質(zhì)合金鋼易于成型，在其表面涂覆以形成一個硬質(zhì)表面。綜合作用的結(jié)果就是，工具壽命增加，表面質(zhì)量惡化的風(fēng)險(xiǎn)也大大降低。該法提高了生產(chǎn)率，減少了工具磨損以及工具替換的成本。

　　先進(jìn)的表面涂層技術(shù)提供者——Hardide Coatings，提供了一系列的先進(jìn)方案以提高生產(chǎn)效率并減少停機(jī)時間。與其他硬涂層相反，Hardide能夠在精細(xì)的工具上進(jìn)行涂裝，涂層甚至可以達(dá)到擠壓模具表面和型腔的內(nèi)表面。耐磨測試表明，Hardide涂層的應(yīng)用使D2模具鋼的使用壽命提高了10倍。

　　工藝方案—新工藝VS傳統(tǒng)工藝

　　鍍硬鉻（HCP）、物理氣相沉積（PVD）和熱噴涂是應(yīng)用于工業(yè)工具的傳統(tǒng)方法。每一種方法都有自己的局限性。要得到厚而穩(wěn)定的涂層可以使用熱噴涂法，但是其表面易粗糙、多孔，需要進(jìn)行研磨，不能用于形狀復(fù)雜的工具；制備厚度小于4?m硬而薄的涂層，可以用PVD的方法，但它的承載能力很有限。這些涂裝方法的應(yīng)用都要?dú)w功于瞄準(zhǔn)線穩(wěn)定技術(shù)，但這樣的涂裝方法不適合復(fù)雜的設(shè)計(jì)和內(nèi)部表面的施鍍。雖然鍍鉻一定程度上可以實(shí)現(xiàn)耐磨損和腐蝕，但是由于六價(jià)鉻鹽的致癌作用，歐盟將淘汰該工藝，到2017年將禁止使用。同時，美國職業(yè)安全與健康管理局（OSHA）也對其進(jìn)行了嚴(yán)格的限制。

　　Hardide的新工藝——低溫化學(xué)氣相沉積法（CVD）制作碳化鎢涂層。Hardide涂層的應(yīng)用使制件具有韌性和延展性的同時，也具有優(yōu)越的耐磨損和耐腐蝕性質(zhì)，此外還提高了生產(chǎn)效率，減少了運(yùn)營成本和停機(jī)時間。如今塑料的生產(chǎn)伴有各種添加劑，如熱穩(wěn)定劑、抗靜電劑、抗氧化劑、著色劑、阻燃劑和玻璃纖維。其中，玻璃纖維的大量利用會導(dǎo)致工具和關(guān)鍵部件的磨損。此外，塑料擠出或注塑加熱成型時，會產(chǎn)生酸性氣體而導(dǎo)致更為復(fù)雜的問題。

　　化學(xué)氣相沉積（CVD）是一個原子一個原子從氣相開始結(jié)晶，形成一個可以分布在外內(nèi)部表面、復(fù)雜的形狀的適形涂層。化學(xué)氣相沉積發(fā)生在溫度大約500°C真空反應(yīng)室中，此時形成涂層的微觀矩陣由1 - 10nm的碳化鎢納米顆粒均勻分布著。納米材料具有獨(dú)特的裂紋、韌性和抗沖擊特性。例如，Hardide-t可以承受3000微應(yīng)變變形而毫發(fā)無傷。相比之下，其他厚而硬得涂層就會出現(xiàn)裂紋甚至剝落。涂層的孔隙度很低（低于0.04%）并且有良好的耐酸性，能夠完全覆蓋基底而不留任何通孔。鈷類粘合劑易受酸腐蝕，而沒有用于Hardide涂料，但噴鍍的碳化鎢涂層卻不受此限制。

　　納米結(jié)構(gòu)CVD涂層的優(yōu)點(diǎn)

　　CVD技術(shù)擴(kuò)展了硬涂層的應(yīng)用領(lǐng)域，該技術(shù)能在內(nèi)外部表面和復(fù)雜形狀的制件上均勻涂裝。這種性能對于處理研磨材料的工具來說是至關(guān)重要，如塑料、金屬注塑、擠壓木塑復(fù)合板材、粉末成型和造球作業(yè)等。此外，CVD涂層能夠減少材料成形工具的磨損，可使刀具的壽命提高三倍，同時保持工件表面的光潔度，減少停機(jī)時間，降低廢品率。

　　行業(yè)中一直存在的挑戰(zhàn)和嚴(yán)重的磨損，使材料形成工具“壓力山大”。因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)問題，就可能導(dǎo)致關(guān)鍵零件失效，生產(chǎn)受損，故障停機(jī)等嚴(yán)重后果。如果大力推廣Hardide的碳化鎢CVD涂層，就可以有效地解決這些問題，該涂層不僅能夠提高刀具壽命，減少停機(jī)時間，同時還符合相關(guān)環(huán)保法規(guī)。

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責(zé)任編輯：班英飛

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