文档介绍：电火花沉积金属陶瓷材料耐铝液热侵蚀研究黄小鸥汪瑞军徐林、中国农业机械化科学研究院表面工程研究所所摘要: 本文针对铝合金压铸模具材料失效主要原因——铝液热侵蚀问题,采用电火花沉积工艺, 利用陶瓷材料与铝液不浸润的特点,在铝合金压铸模具材料 H13 ( 4Cr5MoSiV )表面沉积金属陶瓷,并对沉积前/后铝压铸材料耐铝液热侵蚀性能进行对比试验。关键词: 电火花沉积金属陶瓷材料铝液热侵蚀 1. 前言在现代工业生产中, 提高金属材料的使用寿命, 是降低生产成本的重要途径之一。多种多样的金属材料表面处理工艺( 如淬火、表面渗氮、碳氮共渗、镀 Cr、 PVD 、 CVD 、离子溅射、激光处理、热喷涂等)为改善金属表面的物理、化学性能提供了可能。近年, 利用陶瓷材料的高耐磨、耐高温、耐腐蚀特性来改善金属材料表面性能的研究已引起国际科研机构的重视。美国的 Welsh 与前苏联的研究人员在车刀、涡轮机叶片、轧辊、凸轮轴等零部件上应用陶瓷特性取得成果的专利已有报道。中国农业机械化科学研究院工艺材料所开发的新型实用技术电火花沉积( Electro Spark Deposition , 简称 ESD ) 设备为金属材料表面的陶瓷化处理提供了新的工艺方法。本文针对铝合金压铸模具材料失效主要原因——铝液热侵蚀问题, 利用金属陶瓷材料与高温铝液不浸润的特点, 采用电火花沉积工艺,在铝合金压铸模具材料 H13 ( 4Cr5MoSiV )表面沉积金属陶瓷, 并对沉积前/ 后铝压铸材料的耐热侵蚀性能进行对比试验,表( 1)为陶瓷材料与铝液亲合性的比较。 2. 电火花沉积工艺原理电火花沉积工艺是将电源存储的高能量电能, 在金属陶瓷电极与金属母材间瞬间高频释放, 通过电极材料与母材间的空气电离, 形成通道, 使母材表面产生瞬间高温、高压微区; 同时离子态的电极材料在微电场的作用下融渗到母材基体,形成冶金结合。由于该工艺是瞬间的高温- 冷却过程,不仅金属表面会因迅速淬火而形成马式体,在狭窄的沉积过渡区还会得到超细奥氏体组织。电火花沉积工艺不是焊接,也不是喷镀或元素渗入工艺,简单地讲,是介于它们中间的工艺。图( 1 )是电火花沉积工艺与其他工艺的关系示意图。图( 2) 、图( 3 )分别是电火花沉积试样截面形貌、电火花沉积工艺示意图。 3. 金属陶瓷材料的特点陶瓷材料包括金属陶瓷( 或称非氧化物陶瓷) 和氧化物陶瓷。金属陶瓷包括 B、C、N 等元素组成的碳化物、硼化物、氮化物等难熔化合物。它们一般具有耐高温、超硬度、高耐磨、抗腐蚀等性能, 是一般金属材料所不及的。由于金属陶瓷的共价键很强, 在自然界很少存在,需人工合成。表( 2 )是几种陶瓷材料的物理性能。表( 1 )部分陶瓷材料与铝液亲合性能比较性能材料与液态金属亲合性能 Al Zn Cu WC △○△ TiN ×○○ TiB2 ○○○[注]△——由一定程度的亲合性○——不亲合×——有亲合性表( 2 )几种陶瓷的物理性能陶瓷种类熔点硬度 Kg/mm2 WC 2867 2000 TiC 3140 3200 TiB2 2600 3480 ZrB2 3000 2200 Mo2B3 2100 3220 TiN 2950 2450 图( 1)电火花沉积工艺与其他工艺的关系图( 2)沉积试片截面形貌图( 3)电火花沉积工艺示意图利用电火花工艺在金属表