分享——模具钢材料选择与表面处理实例分析

小黄豆

去年，我们开始为国外的一家生产商生产数码相机外壳零部件。
    在生产过程中，我们遇到了一些影响生产效率的问题。在对零件冲孔过程中，由于冲孔用的模具冲针磨损失效或断裂情况时有发生，而且存在很大的随机性，因此需要比较频繁地停机换针，很影响生产。为此，我们试验了两种模具钢，瑞典一胜百的ASP23和台湾生产的SKD11。ASP23的硬度较高，因此不易磨损，但韧性稍差；SKD11的韧性较好，不易断裂，但硬度较低，容易磨损失效。在价格上，ASP23要明显贵于SKD11，ASP23每公斤几百元，SKD11每公斤几十元。
. U: R- X+ x7 E: `    为了更好的改善模具冲针的性能，我们找了多家从事表面处理的公司。其中有深圳的一家公司，镀氮化钛(TiN)，还有一家香港公司镀类金刚石(DLC)膜，此外，还有一家北京公司，提供非晶金刚石(ta-C)镀膜。我们对氮化钛(TiN)都比较熟悉，它是一项已经很成熟的技术，有广泛的应用，而近年来，类金刚石(DLC)膜的应用也渐渐兴起，非晶金刚石(ta-C)镀膜则是一项全新的技术。对于三家的试验结果，我们做了比较：氮化钛(TiN)镀件的效果很不明显，并不是如其在市场上宣传的那样；类金刚石(DLC)膜镀件效果稍好于氮化钛(TiN)；而非晶金刚石(ta-C)镀膜的效果我们比较满意，在首次非晶金刚石(ta-C)镀膜试验时，所有SKD11镀件的平均寿命提高了3倍，ASP23镀件的平均寿命提高了1倍，而且所有镀件寿命的提高幅度很平均，通常，新技术都存在工艺不够稳定的问题，为了验证这种技术的稳定性，我们又进行了第二次试验，这次同样使用ASP23和SKD11两种材质的模具钢，而且镀件的数量比第一次试验多，试验结果令我们很吃惊，ASP23镀件的平均寿命提高了2倍，而SDK11镀件的平均寿命提高了近7倍，对此，我们问了该公司的技术人员，他们解释说，对镀膜工艺进行了优化调整，因此镀膜效果更好了。
    由于SKD11的成本明显低于ASP23，镀膜效果也好于ASP23，因此，我们采用了北京的这家表面处理公司提供的SKD11镀膜产品。
    我们后来又问了北京这家公司的技术人员，为什么类金刚石(DLC)和氮化钛(TiN)的效果不够理想，他们说，他们的技术工作温度在常温进行，通常是低于80摄氏度，而类金刚石(DLC)和氮化钛(TiN)的成膜温度通常是几百度，较高的温度使钢材产生退火或者回火效应，降低了原有钢材的质量；膜层与基材的结合力也是影响效果的重要因素，类金刚石(DLC)和氮化钛(TiN)镀膜通常都是用化学气相沉积(CVD)方法，膜层只是沉积在镀件表面，非晶金刚石镀膜采用先进的表面离子活化技术，从而使镀层深入基材表面，膜基结合力明显提高，在冲压过程中，膜层就不易脱落；在表面硬度方面，金刚石的硬度要高于氮化钛(TiN)，而非晶金刚石膜中纯金刚石的含量超过70％，类金刚石膜的含量通常只有20％，最高只能到60％，因此，非晶金刚石膜的硬度是三者中最高的；在表面光洁度方面，非晶金刚石膜的摩擦系数低于0.10，氮化钛(TiN)膜为0.55，类金刚石(DLC)膜为0.15。
    在开始使用非晶金刚石膜冲针后，我们又进行了丝锥的镀膜试验，试验结果大致如下：对有氧化层的丝锥镀膜后效果不明显，而无氧化层镀膜丝锥寿命平均提高了3倍，效果可见一斑。
( j/ `7 U& C8 f/ b    传统技术有它的优势，主要是工艺成熟稳定，但试验结果让我认识到，新技术更需要我们去尝试，而且会带来意想不到的结果