热压成型钢模具表面的离子束处理方法.pdf

本发明是热压成形钢模具表面的离子束处理方法，是用磁控溅射与离子束混合的方法来改变模具的表面特性，属于用离子束对物件进行局部处理的工艺方法。
    在电真空工业及玻璃、塑料、橡胶等工业生产中，大量使用各种热压成形钢模具，由于磨损和高温氧化，使模具使用寿命缩短，损耗很大。通常用氮化处理改善模具的硬度和耐磨性;用表面涂复保护层的方法来提高模具的抗高温氧化性能。苏联发明SU876767提出较有效的抗氧化保护层组分为石墨加玻璃-珐琅粉;英国专利GB1604604采用各种二元或多元混合物分散在水性或有机粘结剂中，然后进行表面涂敷，以防止金属表面高温渗碳和氧化腐蚀;日本专利特开昭57-071829用化学和物理蒸发方法在玻璃成形金属模具上蒸镀碳化钛、氮化钛、碳氮化钛和氧化铝等多层膜来提高模具的抗高温氧化性能。但这些表面涂复保护层的方法所需涂复的原材料多，工艺复杂，工序多，涂复后还要进行多种物理和化学处理，会引起精密模具尺寸的变化，另外，涂复的保护层与模具并非一体，粘附性较差。

    本发明的目的是提供一种热压成形钢模具表面处理的简便方法，可提高模具的抗高温氧化腐蚀性能，延长模具使用寿命，并且不影响模具的精度，该方法形成的离子束混合保护层与模具成为一体，粘附性好。

    对各种钢制热压成形模具（如4Cr9Si2耐热钢、1G18Ni9Ti不锈钢等模具）经机械抛光、清洗干净后，置入磁控溅射室，在室温和真空条件下溅射沉积0.03～0.08μm厚的氮化硅（Si3N4）薄层，然后在室温下用氮离子束轰击Si3N4，氮离子束地能量为100～160Kev，注入剂量为1-5×1016/cm2，从而形成离子束混合层。经这样处理的热压成形模具，其抗高温氧化性能和使用寿命得到显著提高。由于溅射Si3N4及离子束轰击都在室温下及真空中进行，因此工艺简单、表面清洁、模具尺寸精度不受影响，得到的离子束混合保护层与模具结合成一体，粘附性好。Si3N4，Si-Fe，N-Fe化合物在表面的形成，也同时提高了模具的耐磨性。

    以下提供一应用实例：在汽车车灯玻璃成形耐热钢或不锈钢模具表面，用磁控溅射沉积0.03～0.08μm厚的氮化硅薄层，磁控溅射在室温下进行，本底真空为1×10-5～6×10-6乇、溅射时真空为2×10-2～8×10-3乇。然后在室温下以100～160Kev的氮离子轰击混合，剂量1～5×1016/cm2。这样处理得到的汽车车灯玻璃成形模的抗高温氧化性能得到明显改善，消除了高温氧化引起的玻璃与模具的粘连，操作轻松省力，耐磨性也有提高，寿命视初始模具的质量不同而提高一倍至数倍，大大降低了生产成本。