CN105908119A - 铝合金挤压模具的一种表面氧化处理方法 - Google Patents

铝合金挤压模具的一种表面氧化处理方法 Download PDF

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黄文明
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
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Abstract

本发明涉及铝合金挤压模具的一种表面氧化处理方法。该方法是通过热处理将模具硬度调至42‑54HRC，再对其表面进行清洗，最后在氩气（Ar）保护下升温，Ar流量为200‑500ml/min；当温度达到设定氧化温度时均温0.5‑1h后实施氧化；氧化温度500‑540℃；氧化保温时间2h‑4h；氧化气体为空气；空气流量为300‑600ml/min；电压650‑850V；炉压300Pa‑600Pa；氧化过程结束后，将炉子抽真空至20Pa以下，模具冷却到100℃以下时方可出炉。将Ar应用到铝合金挤压模具氧化前升温过程，通过控制铝合金挤压模具氧化过程中空气（O2）流量、炉压、电压等使模具表面获得氧化膜，实现氧化过程可控制，氧化膜的厚度和均匀性较好，从而提高铝合金挤压模具的热熔损性、抗粘着性等性能。

Description

铝合金挤压模具的一种表面氧化处理方法
技术领域
本发明涉及铝合金挤压模具的一种表面氧化处理方法，属金属表面化学处理技术领域。
背景技术
随着社会的迅猛发展，现代工业的生产规模在不断扩大，对模具的需求量越来越来多，质量的要求也愈来愈高。
铝合金挤压模具在服役过程中反复地与高温状态的合金接触，在周期性的交变热应力作用下，模具材料尤其是表层的组织性能逐步发生演变，最终导致失效。热熔损是铝合金挤压模具很重要的原因。为了改善模具的使用性能，提高模具的寿命，引入了表面处理技术。
表面处理技术是主要是通过施加各种覆盖或者采用机械、物理、化学等方法来改变材料表面形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态，从而提高材料抵御环境作用的能力。与渗氮、渗硼等表面处理工艺相比，表面氧化处理对铝合金挤压模具热循环过程中的应力变化的影响较小，并且氧化工艺经济有效，对模具表面进行氧化时，模具尺寸限制较小，可以显著提高铝合金挤压模具的抗铝热熔损性能。前人工作多是在氧化性气氛下直接对材料进行氧化，使其表面生成一层具有保护作用的Fe3O4薄膜，该氧化过程贯穿于从升温到保温的所有阶段，氧化过程具有不可控性。
揭晓华等人运用静态等温氧化法研究了5CrNiMo挤压模具钢在440℃~680℃范围内的高温氧化特性，研究发现5CrNiMo挤压模具钢在460℃以下加热时，氧化速率较低；而在590℃以上加热时，由于出现FeO而使氧化速率剧增，并且有氧化膜开裂现象，但没有对氧气浓度对5CrNiMo挤压模具钢氧化膜的影响进行研究。
闵永安等人运用蒸汽氧化处理的方法提高了H13挤压模具钢的动态抗热熔损性能，但几乎没有提高其静态抗热熔损性能。对于将低压（半真空）氧化应用于铝合金挤压模具上的研究还很少。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供铝合金挤压模具的一种表面氧化处理方法。其目的是将氩气（Ar）应用到模具氧化升温过程，通过控制模具氧化升温过程中气体流量、炉压等使模具获得洁净的表面及均匀的温度分布，通过控制氧化过程中空气流量，实现模具表面氧化层的可控性从而提高表面氧化效果，并且可以实现局部氧化，提高铝合金挤压模具的抗热熔损性、抗粘着性等性能。
为达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
A.首先将铝合金挤压模具进行热处理，真空淬火后三次回火，将其硬度控制在42-54HRC范围内。
B.将模具表面进行清洗，用酒精去除模具钢表面的灰尘、油污等。
C.将模具装入离子氮化炉中进行氧化处理。氧化处理的工艺参数如下：升温过程气体为Ar；升温过程Ar流量为200-500ml/min；当温度达到设定氧化温度时均温0.5-1h在实施氧化；氧化温度520-540℃；氧化保温时间2h-4h；氧化气体为空气；空气流量为300-600ml/min；电压650-850V；炉压300Pa-600Pa；氧化过程结束后，将炉子抽真空至20Pa以下，模具冷却到100℃以下时方可出炉。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
本发明将离子氮化炉应用于铝合金挤压模具氧化处理技术上，使用离子氮化炉运用打弧的方法清洁模具表面，实现了升温阶段不出现氧化的过程，氧化气体流量可控，模具温度均匀，保证了同一块模具的不同部位以及同一批模具不同模块同时氧化；并且可以实现局部氧化，提高氧化质量。
与常规氧化处理方法相比，本方法氧化可控性强，对模具尺寸改变很小，氧化处理后的铝合金挤压模具表面存在均匀致密的氧化膜，明显提高了铝合金挤压模具的抗铝热熔损性、抗粘着性等性能。
附图说明
图1为实施例1中试样表面氧化层的扫描电子显微镜（SEM）图。
图2为实施例1中试样表层的X射线衍射（XRD）曲线。
图3为实施例1中试样的氧化层深度横截面图。
具体实施方式
所有实施例中采用4Cr5Mo2V钢铝合金挤压模具进行试验，下面结合实施例对本发明进行详细说明：
实施例1
本实施例的氧化处理方法步骤如下：
A．对4Cr5Mo2V钢铝合金挤压模具进行热处理。具体工艺为在1030℃条件下进行淬火，通过560℃、610、610℃三次回火后，其硬度都调整到44～48HRC。
B．取一块上述热处理后的4Cr5Mo2V钢铝合金挤压模具，进行表面清洁。
C．将4Cr5Mo2V钢铝合金挤压模具置于辉光离子氮化炉进行氧化处理。将钢放置在氮化炉的热电偶上，将离子氮化炉抽真空至20Pa以下，以400ml/min的速率通入Ar，升温打弧，该阶段主要是对模具表面进一步净化；升温过程中炉压维持在400Pa，当温度升至530℃时均温0.5-1h，模具温度均匀后即可开始氧化，该过程首先将Ar关闭，然后再以400ml/min速率通入空气，调节炉压至400Pa，进行氧化处理，氧化时间为2h；氧化完成后停止通入气体，将离子氮化炉内压力抽至20Pa一下，保证炉体内不能含有氧化性气氛，结束氧化过程；打开炉体冷却水进行冷却；当试样温度冷却到50℃以下时，开炉取样进行检测。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，所不同的是：氧化温度为500℃。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，所不同的是：氧化温度为540℃。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，所不同的是：氧化时炉压维持在300Pa左右。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，所不同的是：氧化时炉压维持在600Pa左右。
实施例6
本实施例与实施例1基本相同，所不同的是：氧化时空气流量维持在300ml/min左右。
实施例7
本实施例与实施例1基本相同，所不同的是：氧化时空气流量维持在600ml/min左右。
对实施例1进行分析，从图1的SEM图可以发现，采用本发明氧化处理后试样表面产生致密均匀的氧化膜。根据图2的XRD谱图可以知道在在530℃对Dievar钢进行氧化实验，试样表面含有大量的Fe3O4相，而Fe2O3相的含量很少，经过计算Fe3O4相的相对含量为45.7%，而Fe2O3相的相对含量只有5.8%，前者是后者的近7.9倍。这充分说明了本发明方法的有效性和优越性。并且氧化层的平均深度约为50μm以上（如图3所示）。这些结果对铝合金挤压模具的抗铝热熔损性、抗粘着性等性能是十分有利的。
对其他实施例的结果进行分析得出的结果与实施例1基本一致。
本发明成功制备了Fe3O4相含量很高的氧化层，该方法操作简单，重复性高。得到的光氧化层均匀致密，对环境无污染，稳定性好，耐用性强，实用性很高。

Claims (2)

1.铝合金挤压模具的一种表面氧化处理方法，其特征在于具有以下工艺步骤：
A.首先将铝合金挤压模具进行热处理，真空淬火加三次回火，将其硬度控制在42-54HRC范围内；
B.将铝合金挤压模具表面进行清洗，用酒精去除模具表面的灰尘、油污；
C.将清理后的铝合金挤压模具装入离子氮化炉中进行氧化处理；
氧化处理的工艺参数如下：升温过程气体为氩气（Ar）；升温过程Ar流量为200-500ml/min；当温度达到设定氧化温度时均温0.5-1h后再实施氧化；氧化温度500-540℃；氧化保温时间2h-4h；氧化气体为空气；空气流量为300-600ml/min；电压650-850V；炉压300Pa-600Pa；氧化过程结束后，将炉子抽真空至20Pa以下，模具冷却到100℃以下时方可出炉。
2.铝合金挤压模具的一种表面氧化处理方法，其特征是将Ar应用到模具氧化升温过程，通过控制模具氧化升温过程中气体流量、炉压等使模具钢获得洁净的表面和均匀的温度分布，通过控制氧化过程中空气流量，实现模具表面氧化层的可控性从而提高表面氧化效果，并且可以实现局部氧化。
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