模具涂層的爆炸噴涂法

爆炸噴涂是50年代美國聯合碳合物公司(UCAR)發明的一項技術。其特點是適用涂料成分范圍寬，涂層質優。爆炸噴涂是利用氣體爆燃產生的沖擊波能量進行噴涂的一種新技術。我國航空工業和其它工業部門研究單位對爆炸噴涂設備和工藝已有研究和應用。北京長城鈦合金公司與烏克蘭科學院材料科學研究所合作，已在國內國民經濟各部門有了初步應用，并取得成功。如航空發動機葉片各其它零件，冶金工業中的各種軋輥等。

模具的工作元件一般由工具鋼T8、T10、rWMn、Cr12MoV等制造。這些工具鋼的主要缺點是：在熱處理時表面野脫碳，零件各截面的性能各向異性，形成白點的敏感性高，有回火脆性傾向，成本較高。大多數缺點可采用爆炸噴涂法噴涂模具成形元件的工作表面來克服。

制造模具工作元件的遠景材料是：優質碳素鋼45鋼、低合金結構鋼40Cr。必須指出，40Cr鋼具有白點形成敏感性，有回火脆性傾向，但這些缺點與高合金模具鋼相比明顯小。此外，由于40Cr鋼的淬透性較好，故可保證在零件所有截面內足夠高的機械特性。40Cr鋼的淬透性較好，故可保證在零件所有截面內足夠高的機械特性。40Cr鋼和45Cr的耐磨性相當低，但可通過爆炸噴涂法來提高。

在拉伸模、彎曲模、成形模的凹模內，最危險處是所謂過拉刃口。這是由于高接觸應力的作用(對含碳量0.06%的鋼將達300MPa)和在該載荷下金屬沿凹模表面移動(滑動)造成的。

在分離模工作元件的切削刃上引起的載荷，直接與被沖裁材料的強度及其厚有關。計算表明：被沖裁材料的厚度約每增加0.25mm，凸模刃口上的應力將增加(0.030.05)σs。這種情況顯著限制了爆炸噴涂法在強化分離模切削刃口上的應用。

從模具工作表面上的作用載荷觀點，確定了爆炸噴涂的涂層必須的特性：1)對拉伸模、彎曲模和成形模：硬度不低于50N，粘附強度不低于100MPa，這時涂層的抗剪強度約為250MPa，從而大于切向應力2倍以上；涂層厚度為150～250μm，涂層應耐磨，抗接觸疲勞性好，滑動磨擦系數小(0.15以下)。2)對分離模：涂層硬度不小于800N，粘附強度不低于200MPa，這時抗剪強度τ=500MPa，涂層厚度為200～300μm，涂層應具有高耐磨性和耐機械沖擊性。

在所需工作特性的基礎了，確定了最有前景的爆炸噴涂的涂層材料：

對拉伸、彎曲模和成形模是：Ni、Cr、B、NTi、鈷鉻鎢鉬合金以及NiAl型金屬間化合物基材料。

分離模是：帶YG10、YG20金屬粘結劑的WC和Cr3C2型難熔碳化物基材料。

這些材料可保證最大的硬度值、粘附強度值，且殘余應力水平最小，大多是壓應力。

在修訂爆炸噴涂的規范時，預先對噴射規范進行了優化，并試驗性的選擇不同涂覆規范。作為優化準則是：涂層的粘附強度、硬度、一次噴出的層進厚和粉末利用系數。

分析爆炸噴涂的涂層試驗結果表明：1)所有試驗涂層的硬度均對模具提出的要求；2)粘附強度和疲勞強度較好的是：Ni、Cr、B、NTi基涂層；3)當載荷P=0.75Pmax時最小滑動磨擦系數的涂層是NiAl型金屬間化合物基涂層，而當P=Pmax=300MPa時是Ni、Cr、B、NTi基涂層。