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随着科技的不断发展,人们在老式的氧化(发黑)、电镀和渗氮等工艺的基础上又开发了众多的新型表面强化与防护方法。各种传统的表面强化和防护热处理方法都在高速钢工模具上得到应用。按处理过程的性质及表面变质层与基材结合的性质,这些方法可以分为渗入、涂镀、形成化学转化膜及表面浅层淬火硬化等4大类。
1)渗入法。异类元素原子通过介质传输至工件表面被吸收,因渗入元素在铁基体中有一定的溶解度而在表面与内部建立了浓度梯度,形成扩散通道,由外向内逐渐被渗入元素所饱和,在饱和层与成分未变区之间有一个浓度连续变化的过渡层。这种表面变质层与基体的结合称为“冶金结合”,是各种表面处理法中结合最牢固的,如渗氮和渗碳。
2)涂镀法。用真空蒸镀、离子镀、喷涂等方法在表面涂上一层高性能物质层。现在使用最多的是硬度、耐磨性、减磨性及化学防护性皆属上乘的TiN、TiC离子镀膜和金刚石镀膜法。与传统的电镀镀层相似,采用物理方法在低于560℃的温度下进行涂镀的镀层与基体的结合基本上皆属于非冶金结合,如果工件表面镀前不洁,或处于其他非活性状态,或镀层过厚时,皆易发生脱落。即使采用相应技术改善了表面状态,其结合牢固程度也远低于渗入法,因而一般只用极薄的镀层。
3)开成化学转化膜法。通过介质中某元素与钢中某元素(通常是铁)的化学作用形成覆盖于表面的化合物层,并且介质中参与化合的元素在铁中的溶解度极小,不可能在表面建立固溶的浓度梯度,因而变质层与基材在结构与成分上皆不存在明显的过渡区,与基材的结合与属非冶金结合。此法命名一般以“化”定义,如氧化、磷化等。
由于对过程机制的认识和分类、命名方面的一些历史原因,渗入法和形成化学转化膜法的命名在文南中有时会出现混乱,便如本应属于形成化学转化膜法的FeS层形成法却广泛地被称为“渗硫”。
4)表面浅层淬火硬化法。这是针对近年激光淬火在高速钢工具上的应用而分出的一个类别。深层的表面淬火(火焰、感应加热)在高速钢工具上应用极少。采用高能、微区光点在已完成淬回火硬化的工具上,选定部位扫描,可以获得位置和二次淬火深度皆为可控的表面浅层淬火层。作为工具的最终处理,本技术可做到表面无氧化、刃磨后的工具的精度不因浅表层的二次淬火而发生变化,经回火后二次淬火层的硬度显著高于基材。
