化学成分在手板成型中的研究应用 本文关键字 在手,化学成分,板成型等温成形是近几年发展起来的一种先进的锻造技术。其没有手板的激冷，表面氧化和局部过热倾向小，具有好的流动性和充填性，能使形状复杂的锻件在一次模压中成形，锻后尺寸精密，机械加工余量小，甚至不加工，节约了制造材料。等温成形技术具有以上不可多得的优越性，它的出现使铝合金、钛合金等锻造加工进入了新时代，具有更为广阔的应用前景。 但是在实际的生产中，在高温、高压和巨大接触应力的作用下，坯料在激烈的塑性流动中产生强大的摩擦力，发生粘着磨损造成模面剥落，失去表面光洁度和尺寸精度超差失效并将加速热疲劳磨损实效。因此，降低材料塑性流动时的摩擦系数，提高手板高温环境下的耐磨性能，是等温成型技术推广应用的关键技术环节。 金刚石（C）由于具有强度高、导热性优良、热膨胀系数小以及1000以下热稳定性好的特点，因此被用作抗磨材料和切削材料，但其实用的价值却受到技术和成本的极大限制，将人造金刚石微粉作为第二相复合到金属基材中，可以使硬质相均匀分散于基体中，并与其结合牢固，同样可以起到良好的作用。氟化钙（CaF2）微粒，其为典型的萤石型结构，莫氏硬度为4，熔点为1373，微粒直径2m，是一种软粒子，具有很高的耐磨性，特别是温度越高，耐磨性越好、自润滑性能优越，耐高温氧化性能良好。 化学复合镀就是一个能够实现人造金刚石与氟化钙（CaF2）微粒在金属基材上共沉积的好方法。本文正是基于复合化学镀技术，在手板型腔表面（镍基高温合金）上，研究镀覆高温耐磨自润滑NiP/C CaF2多元复合镀层，降低成形过程中的摩擦系数、延长手板的使用寿命。 2实验方法 本实验采用5CrNMio合金材料作为基体材料，材料样块为环式。在溶液配制过程中，为了防止溶液发生自分解而产生沉淀，每个组分应完全溶解按特定的顺序加入，并注意温度控制和pH值的要求。经多次实验，得到最佳配方如所示。 CaF2微粒和人造金刚石微粉必须经过镀前处理，以保证镀层的结合力。工序如下：碱（NaOH）除油水洗10盐酸中和水洗80、50HCl浸泡水洗到pH值为7烘干备用。 因为微粒呈疏水性，解决这些微粒在镀液中的悬浮性和均匀性是复合镀覆十分关键的问题。采用表面特殊清洗后，要添加阳离子和非离子表面活性剂改性处理，在镀覆过程中采用间歇搅拌等措施来解决问题，使其具有亲水性，并能均匀悬浮在镀液中，为复合镀覆创造有利条件；将试件样块，采用如下处理过程：有机溶剂除油化学除油热水洗混酸洗（约2min）冷水稀酸洗活化热水洗，放入镀液。试件化学镀后，干燥，20min后，进行温度400，时间2h的热处理(气炉热处理工艺参数优化)，以提高镀件硬度，消除镀层的氢脆现象。 3实验设备及测试手段 试件在WMZK1型恒温磁力搅拌锅内进行化学镀；立式投影仪测量镀层的厚度变化（即镀速）；TJA4金相显微镜测镀层形貌；10kW箱式电阻炉恒温热处理实验；M2000型高温摩擦磨损实验机测镀层耐磨性、高温自润滑情况。 4实验结果 4.1镀层形貌复合镀过程中添加的促进剂和稳定剂，可以得到稳定快速的镀液，立式投影仪测定镀速达到10m/h，并且表面光滑致密，得到的镀层中第二相微粒分散均匀，有利于提高镀层耐磨性能。 4.2摩擦系数及耐磨性的测试MG2000型高温高速摩擦磨损实验机检测镀件摩擦磨损性能。实验条件：负荷100N，转速400r/min，磨损距离0.03mm.摩擦系数变化曲线。 磨损率是根据试件摩擦前后的重量，减去氧化增重的影响。通过计算单位滑行距离，单位负荷的磨损体积来衡量的。其计算公式为：M=V/（N！D）式中M表示磨损率；V表示磨损体积（重量损失除以密度）；N表示负荷；D表示磨损的距离。 镀覆涂层与未镀覆涂层在高温（850）耐磨性能比较如所示。可以看出对于相同的高温环境下，复合镀层的摩擦系数可以达到0.21的平均值，摩擦磨损率也大大低于未镀的基材。 5结论 经过T96型显微硬度计测试，其NiP/C CaF2复合镀层平均硬度高达HV1893，主要是因为金刚石微粒高硬度在镍磷合金基质中起弥散强化作用，显著地增强了镍磷合金基体的塑性变形抗力，使复合材料涂层硬度增高。 发生摩擦磨损时，硬质相粒子金刚石起到支撑作用，可以承受更大的接触应力而不易屈服，产生抗磨性，且复合粒子CaF2微粒，在高温下软化，起到固体润滑剂的效果，因而在高温下可以降低手板的摩擦系数，这样既增加了手板的耐磨性能，又降低手板表面的摩擦系数，从而使等温成形的零件脱模容易，零件表面质量较好，次品率低，同时也提高了手板的使用寿命，为铝合金、钛合金等温成形技术的进一步发展提供了技术上的支持。
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