铝合金压铸模具钢或其模具的离子渗氮与低压氧化复合处理方法
【专利摘要】本发明涉及一种铝合金压铸模具钢（或其模具）表面离子渗氮及低压氧化复合处理工艺，属于金属表面改性技术领域。本发明的特点是将离子渗氮与低压氧化工艺结合，将其应用到铝合金压铸模具之后，可以显著提高模具表面硬度，并降低其表面脆性，避免模具表面渗氮之后发生剥落，极大的提高模具抗铝热熔损性能。本发明要点是：将模具钢放在辉光离子渗氮炉中进行离子渗氮处理；采用在氩气气氛下升温，当模具钢温度达到500℃?550℃时保温；保温过程中工艺参数为：氨气100?300ml/min、氩气100?300ml/min、压力200?400Pa，时间2?4h，随后关闭氨气和氩气并通入空气进行低压氧化，空气流量为100?300ml/min，压力100?300Pa，保温2?4h，复合处理结束之后模具表面兼具渗氮层和氧化膜，如图5所示。
【专利说明】
铝合金压铸模具钢或其模具的离子渗氮与低压氧化复合处理 方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种铝合金压铸模具钢(或其模具)表面离子渗氮与低压氧化复合处 理工艺方法，属于金属表面改性技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着社会的不断发展，现代制造业生产规模不断扩大，铝合金产品制造也不断增 多，随着人们生活物质水平的不断提高，对铝合金产品的需求量也不断增加，因此对铝合金 压铸模具的要求也日益提高，提高铝合金压铸模具使用寿命势在必行。
[0003] 铝合金压铸模具在服役过程中反复地受到高温熔融状态合金的冲刷和腐蚀，并承 受周期性的交变热应力作用，使得模具型腔表面产生热熔损、热疲劳而失效。热熔损是铝合 金压铸模具钢最常见的失效形式之一，适当的表面处理技术能避免熔融铝合金熔液与模具 直接接触，从而提高模具的抗铝热熔损性能。
[0004] 表面处理技术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。各种表面处理方法中离子渗氮在热作模具中应用较为广泛，对于压铸模具采 用软氮化，可以有效提高模具表面硬度，延长模具寿命。但是经离子渗氮处理后的模具表面 硬度较高，容易发生剥落，而氧化处理不仅能适当降低模具表面渗氮层脆性，而且可以有效 地抵御铝合金熔液对模具基体材料的冲刷。闵永安等人研究发现，蒸气氧化可以显著提高 压铸模的抗铝热熔损性能。但是在离子渗氮炉中进行蒸气氧化较难实现，而在高温下对模 具进行空气氧化同样也可以形成以Fe 304为主及少量Fe203的氧化膜。为了更好的实现离子 渗氮与表面氧化处理技术的复合处理工艺，本发明开发出了一种铝合金压铸模具钢(或其 模具)离子渗氮与低压氧化复合处理工艺。
【发明内容】
[0005] 现如今行业里一般采用气体渗氮与氧化处理相结合的处理工艺，但是气体渗氮时 间较长，效率较低，而本发明改善了常规气体渗氮处理表面硬而脆、容易脱落的缺点。本发 明的目的是提高一种新型的离子渗氮与低压氧化复合处理工艺，将其应用到铝合金压铸模 具之后，可以显著提高模具表面硬度，并降低其表面脆性，避免模具表面渗氮之后发生剥 落，极大的提高模具抗铝热熔损性能，以此来提高模具使用寿命。
[0006] 为达到上述目的，本发明采用下述技术方案。
[0007] 本发明铝合金压铸模具钢(或其模具）的离子渗氮与低压氧化复合处理工艺方法， 其特征在于具有如下的过程和步骤： a、 用丙酮对铝合金压铸模具进行清洗，并用螺栓等零件将模具上所有盲孔和螺纹孔堵住； b、 将模具放在辉光离子氮化炉中进行离子渗氮处理;采用在氩气气氛下进行升温，当 模具温度达到500°C-550°C时进行保温;保温过程中工艺参数为氨气 ：100-300ml/min、氩气 100-300ml/min、压力200-400Pa，保温时间2-4h，随后关闭氨气和氩气并通入空气进行低压 氧化，空气流量为100-300ml/min，压力100-300Pa，保温2-4h; c、将模具在l〇-2〇〇Pa低压环境中自然冷却到100°C_150°C以后出炉。
[0008] 本发明的构思： 通过离子渗氮代替气体渗氮，同时将后续氧化过程设置在低压环境中进行。由于铝合 金压铸模具型腔一般比较复杂，且模具体积较大，因此在离子渗氮升温过程中容易出现局 部先到温的现象，本发明采用将升温的气体氛围设置为氩气，可以有效避免局部先到温部 位渗氮时间过长的现象，同时控制好渗氮过程中的气体比例，已保证模具各部位渗氮时间 相同，形成无白亮层且渗层深度合理的渗氮层。随后通过在低压环境下通入一定量的空气， 在渗氮温度对模具进行氧化处理，在模具表面形成一层致密的氧化膜，不仅可以在保证模 具表面足够硬度的同时降低模具表面渗氮层脆性，而且能够极大的提高模具抗铝热熔损性 能，从而提尚t旲具使用寿命。
[0009] 本发明与现有技术相比较，具有如下突出的实质性特点和优点： 本发明采用将离子渗氮与氧化处理工艺结合，取代传统的气体渗氮及氧化处理工艺， 大大缩短了处理时间，提高生产效率并节约成本。与常规氧化处理相比，本方法不用降低氧 化温度，可以直接在渗氮结束之后进行氧化处理，并且氧化处理使用空气，不仅方便且无需 成本，处理完成之后模具可在低压环境中自然冷却，出炉之后表面颜色均匀一致。本发明处 理之后模具表面渗氮层深度为60-80um，表面硬度为700-900HV，保证模具表面有足够的硬 度，同时低压氧化之后，模具表面形成一层以Fe 304为主及少量Fe203的氧化膜，这种氧化膜 能够很大的提高模具抗铝热熔损性能，同时降低模具表面脆性，避免模具表面发生剥落。
【附图说明】
[0010] 图1为本发明中离子渗氮与低压氧化处理后试样表面形貌。
[0011] 图2为本发明中离子渗氮与低压氧化处理后试样表面物相分析。
[0012] 图3为本发明中离子渗氮与低压氧化处理后试样：（a)横截面渗氮层金相；（b)氧 化膜。
[0013] 图4为本发明中离子渗氮与低压氧化处理后试样横截面显微硬度梯度。
【具体实施方式】
[0014] 现将本发明的具体实施例叙述于后。
[0015] 实施例1 本实施例中采用Dievar钢这种常用的铝合金压铸模具钢进行试验，其成分如表1所示：
本实施例的具体步骤如下： 1、对Dievar钢进行热处理。具体工艺为在1020-1050 °C条件下进行淬火，通过三次回火 后，其硬度都调整到45~47HRC; 2、 取上述热处理后的Dievar钢制成试样或模具，进行表面研磨、抛光、超声波清洗； 3、 将模具放在辉光离子氮化炉中进行离子渗氮处理，采用在氩气气氛下进行升温，当 模具温度达到530°C -540 °C时进行保温，保温过程中工艺参数为氨气：100-300ml/min、氩气 100-300ml/min、压力200-400Pa，保温时间2-4h，随后关闭氨气和氩气并通入空气进行低压 氧化，空气流量为100-300ml/min，压力100-300Pa，保温2-4h。
[0016] 4、将试样在10_200Pa低压环境中自然冷却，处理之后试样表面为黑色，如图1所 不。
[0017] 对本实施例的试样所做的各项检测： a、 对离子渗氮及低压氧化处理后的试样进行XRD检测，物相分析结果如图2所示； b、 对离子渗氮及低压氧化处理后的试样进行横截面金相分析，发现Dievar钢表面形成 了渗氮层和氧化膜，金相照片如图3所示； c、 用显微硬度计对离子渗氮及低压氧化处理后的试样进行截面硬度梯度检测，从距离 处理表面l〇um处开始每隔20um打一点进行检测，发现模具表面硬度为700-900HV，渗氮层厚 度为60-80um，如图4所示。
【主权项】
1. 一种铝合金压铸模具钢(或其模具）的离子渗氮与低压氧化复合处理工艺方法，其特 征在于具有如下的过程和步骤： a、 用丙酮对铝合金压铸模具进行清洗，然后用螺栓等零件将模具上所有盲孔和螺纹孔 堵住； b、 将模具放在辉光离子氮化炉中进行离子渗氮处理;采用在氩气气氛下进行升温，当 模具温度达到500°(：-550°(：时进行保温;保温过程中工艺参数为氨气 ：100-3001111/1^11、氩气 100-300ml/min、压力200-400Pa，保温时间2-4h，随后关闭氨气和氩气并通入空气进行低压 氧化，空气流量为100-300ml/min，压力100-300Pa，保温2-4h; c、 将模具在l〇-2〇〇Pa低压环境中自然冷却到100°C_150°C以后出炉。
【文档编号】C23C8/34GK105908120SQ201610175612
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月26日
【发明人】吴晓春, 王明, 黄文明, 吴博雅
【申请人】上海大学