H13鋼壓鑄模具的表面改性

解決H13鋼表面改性問題的最佳途徑是在模具材料表面涂覆硬膜，使其不被鋁合金熔液潤濕，同時涂覆的硬膜也賦予模具材料表面的腐蝕磨損抗力。HEF集團對汽車轉向操作系統的鋁合金工件壓鑄成型模具中的挺桿（38CDV5，相當于H13鋼）表面沉積3μm厚的CERTESS SD 涂層，其硬度可達4000～4500HV，使用溫度可達800℃，還可抗鋁合金的黏結，使用壽命提高至10萬次，是未進行沉積處理挺桿的6~7倍。

對如何獲得這種不被液態金屬潤濕的硬質膜， Colorado School of Mines(CSM)的D.Zhong和J.J.Moore等[8]提出多層優化涂膜的結構是：①先對H13模具基體進行表面改性，如采用鐵素體氮碳共滲或離子滲氮；②50～100nm的結合中間層（adhesion interlayer）如Ti或Cr；③調整基材和涂層之間由于壓鑄作業引起的熱殘余應力的中間過度層（intermediate graded layer），這可應用有限元模擬方法確定，他們舉例認為，這取決于所選的工作硬化層，當工作層選用Al2O3層時，這中間過渡層為Ti－Al－N梯度層；④工作涂層，與液態金屬或玻璃不相潤濕（non wetting）， 對Al合金壓鑄，可采用CrN，TiAlN，TiCB和Al2O3等。相應多層結構膜總厚在5～8μm之間。

在模具工件上通過PVD技術獲得優異質量的涂層， 應該依賴于高性能的設備和能優化選擇的工藝參數。這種設備最好具有下述技術要求：①涂覆處理溫度低；②繞涂性好；③涂層沉積均勻；④采用增強離化率技術；⑤精確的涂層成分控制；⑥一定的沉積速率；⑦能進行多層復合涂；⑧能得到納米結構的涂層；⑨具有PVD和CVD的工作模式；⑩能邊涂覆邊刻蝕，獲得最佳的涂層質量。

法國HEF集團發展并應用等離子體增強磁控濺射（PEMSTM）技術對涂層的沉積過程進行精確的控制。應用PEMSTM技術可以達到涂層最高理論密度。HEF集團真空涂層設備和技術因此在世界上處于領先地位。概括地說，HEF的設備和技術的主要優勢在于：

1) 可以獨立地對離子的流量和能量進行控制，從而得到最高密度和性能的涂層；
2) 采用獨特的OES系統對等離子體波長進行測量，實現涂層成分的精確控制；
3) 獲得的所有硬質涂層都具有納米級（≤20nm）結構；
4) 低電壓、高真空度環境下均勻的轟擊，可以極大地減弱尖角效應；
5) 在抽真空的同時進行加熱，充分迅速地去除水分，獲得優質、高效的沉積效果；
6) 最低處理溫度可達到80℃，可用于對幾乎所有材料，包括鋁合金和聚合物材料進行涂層加工；
7) 一臺設備同時擁有PVD和PACVD加工模式，給客戶的技術升級以充分的支持。

法國HEF集團通過艾福表面處理技術（上海）有限公司已在上海舍福表面處理技術有限公司（上海松江）投資引入兩種系列的PVD/PACVD設備，現在能涂覆的硬膜涂層主要有CrN、CrxNY、TiN、TiBN、TiCN、TiALN和類金剛石DLC膜，他們對PVD涂膜前的H13鋼基材等的表面改性采用液體硫氮碳共滲或液體氮碳共滲也具有鮮明特色，稱作為Sursulf/Arcor（舍舍夫/阿可）技術或Tufftride/ Tenifer（由其2001年并入HEF集團的德國子公司Durferrit提供）。

3 結束語

1) H13鋼是世界上普遍使用的強韌兼具的熱作模具鋼，具有高的淬透性和抗熱裂能力。很多場合應用于制造鋁合金壓鑄模具。
2) H13鋼的國內牌號為4Cr5M0SiVl，現在正在向低Si高M0方向發展。
3) H13鋼的表面改性主要有鐵素體氮碳共滲或者硫氮碳共滲以及物理氣相沉積硬膜等方法， 更為優越的辦法是這些方法進行合理組合。