模具表面自润滑超耐磨处理技术

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随着工业的发展，模具的需求量越来越大，模具寿命也愈来愈引起人们的重视。在生产中，很多模具存在易损伤，需频繁刃磨、修理等现象，严重地影响生产进度和产品质量。     823模具专用抗磨剂是北京邮电大学化学防护研究所彭道儒教授发明的《djb—823固体薄膜保护剂》（国家军用标准gjb—1300—91）系列产品之一。该产品抗腐蚀，具有良好的润滑性能和耐磨性能，可使模具寿命提高3~10倍，而且成本低、操作简单、周期短、见效快。
) [+ b4 b" R. S* L! r' g一、产品特点
    1. 有机合成物: 823抗磨剂是两种具有特殊结构的物质以润滑剂与金属缓蚀剂相结合的一种人工有机合成物。该合成物是具有永久偶极矩的强极性分子，能通过分子端基所具有的静电场力和配位场力与金属原子的空轨道形成化学键结合，其结合力为30~150千卡/mol，比分子间结合力大11~300倍。
9 t* W! m3 z/ Q3 g0 y" g    2. 极性分子：极性分子由头和尾组成，极性分子头内有密集的电子云团，其中能量较大的电子进入金属表面原子的空轨道与金属原子形成化学键结合（共价键和配位键），具有很强的极性。整个分子长度约35~37å (图一)，尾部有很强的自润滑特性，起着润滑耐磨作用。
! z9 m& |; u, r- v* O+ W; S    3. 作用机理:
  O; A9 H+ X2 J- z    a. 防腐性: 涂敷823抗磨剂的金属表面，可以形成一层完整的保护膜。这层膜由无数个极性分子定行排列而成(图二)， 构成了一层固体薄膜，隔绝了空气和水分等介质对金属表面的接触，显示出优良的防腐蚀性能。
8 B; M' N# Y: ^, D5 p( r9 j) ]0 k    b. 润滑性：涂敷823抗磨剂的两个金属的相互运动实际上是铆在金属表面上的823抗磨剂极性分子尾与尾之间的摩擦(图三)，形成非金属与金属之间的摩擦。
. m" O- {; V7 J8 n. m& A    c. 耐磨性：涂敷823抗磨剂的金属表面可以形成多分子结构，一般有3~4层(图四),厚度约200å(20nm)。如超过4层，823抗磨剂分子不能定向排列，形成物理吸附层(图五)。多分子结构的823抗磨剂涂层，形成摩擦为薄膜与薄膜之间的摩擦，涂与不涂提高耐磨性11.09倍。
' m( c( _- ?% b  j    d. 使用方便：823抗磨剂工艺简单，将工件处理后放进823溶液中浸泡1~3分钟取出烘干即可形成一层致密的干性保护膜，厚约1~2微米。该膜层不影响工件的尺寸精度与固有的物理特性。
8 i& i( U% p( o- u$ k* B    e. 成本低廉： 500ml溶液可涂敷5~7平方米的表面积，涂敷成本每平方分米约0.2~0.5元。
    f. 应用广泛：823抗磨剂的工艺适用于各种金属材料，不仅能在钢铁制品表面而且在粉末冶金和铸铁件表面形成厚度均匀、组织致密的保护层。广泛用于钢铁、铸铁、钢管、钢板以及金、银、铜等有色金属和非金属材料的表面处理。
6 k- g$ c! ^+ s7 F5 q4 F8 f- }    g. 结合强度高：823抗磨剂与金属基件结合强度高，不起皮、不脱落、不生锈；既保持了金属基件原机械性能，而且增加了耐磨性与耐腐蚀性。
    h. 涂层均匀： 823抗磨剂涂层均匀致密。不论是浅孔、深孔、管道内壁、制品拐角等形状复杂的表面，都能进涂层均匀行表面处理，无麻点、无气孔。
    823抗磨剂可以同时满足润滑、耐磨、导电、绝缘、防潮湿、防霉菌、防盐雾、防手汗、耐冲击、防工业大气、耐高低温等十六个性能指标。其综合性能指标达到或超过了通过国家专利局和国家科委情报中心检索的、世界专利收集到的文献资料上的技术性能指标，居国际先进水平。
二. 提高模具的耐磨性
    冲裁、拉伸等模具在生产中处于反复縻擦状态，必须提高它们的耐磨性来延长使用寿命。如采用新材料、表面处理新工艺等方法，存在成本高、工艺复杂、生产周期长等缺点。
    823抗磨剂与cr12、crmov、t10a等黑色金属原子形成共价键结合，其结合力为30~150千卡/摩尔，比分子间结合力（即范德法力）大11~300倍，在冲压过程中虽然承受了强大的工艺力，也不会使涂层脱落。

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涂敷823抗磨剂的金属表面可以形成定向排列的多分子结构，一般3~4层，厚度约20nm。多分子结构的823抗磨剂涂层形成摩擦为薄膜与薄膜之间的摩擦；应用于冲裁、拉伸、弯曲、压铸等冷冲模具上，可大大提高它们的耐磨性，效果显著。

    a. 减少模具刃磨次数；省工、省时，减轻劳动强度。
8 i) D  K9 r/ }8 f
! M) \* Z& ]0 [% b2 g3 V    b. 使工件尺寸稳定，大大提高产品的合格率。
5 t. D3 @/ S5 ^& J2 L; E) y
    c. 延长模具寿命3~10倍，降低模具材料成本和制造成本。
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三. 保证良好的润滑

    在冲压过程中，由于存在着强大的摩擦力，需要添加高强度专用润滑油来降低摩擦系数从而减少摩擦力以提高工件质量和延长模具寿命。

" d) N0 M* W5 K    目前有很多方法可以提高模具表面的硬度，如表面淬火、镀硬铬、氮化处理等，但这些方法都存在着一个共同的缺点，即只能提高模具表面的硬度，却不能降低表面摩擦系数和减少摩擦力。
( ?/ b' u# S  l2 m0 `
    当模具表面涂敷823抗磨剂后，在其表面形成一层完整的保护膜，这层膜由无数个抗磨剂的极性分子定行排列而成。涂敷823抗磨剂的两个金属的相互运动实际上是铆在金属表面上的823保护剂极性分子尾与尾之间的摩擦，具有良好的自润滑特性，抗咬合（粘结），可降低工件与模具之间的摩擦系数5~10倍和减少摩擦力1/3以上。
) j% Q/ D& d3 `/ X; ]! `! f) P3 {% `, R
    a. 提高工件断面质量，减少毛刺。
* A' [# q! [8 q+ r, O: _/ z
    b. 降低表面粗糙度，使产品表面光亮，不拉花，也不起龟裂。
7 ^% T2 B1 @) m- @  }/ S! w
/ G0 v* \3 u5 q    c. 可使落料顺畅，避免出现堵塞。

    d. 对用于批量生产的模具效果显著。
' F' j2 C; [. `! B$ E
* r& P% Q, H" d' {! e' K四. 抗腐蚀及防锈
8 [$ v( Y/ V9 H
    823抗磨剂具有优良的防护性能，强疏水性；防潮湿、盐雾以及so2、h2s、co2等对金属的腐蚀氧化。该保护膜耐单一溶剂的擦洗。涂敷823抗磨剂的模具在使用或库存中无需防锈处理，也会长期保持不氧化生锈。
) O5 G9 z; c, s
五、应用范围

    1.汽车工业: a. 气缸 活塞 凸轮轴 换档凸轮 分离凸轮 气门挺杆 活塞销

    b. 曲轴 铜套 轴瓦 轴承 齿轮 连杆 高压油泵 喷油嘴 各种链条

& @# Z+ D; X  Z% f) a    2. 航空工业: a. 各类阀体 阀芯 接头 仪器外表外壳
% n! X, ^4 I, g! |# a
    b. 表盘指针 陀螺 螺母 螺杆 整流罩
( J" q3 c) c  K7 B
    3. 机加工业: a. 模具: 冲裁模 拉伸模 拨丝模 挤压模 压铸模
; g9 d1 a) U! P7 B. u# c' P
    b. 量具: 卡尺 角尺 千分尺 千分表 螺纹塞规 螺纹止规 高度尺

    c. 刀具: 车刀 创刀 镗刀 丝锥 板牙 铣刀 拉刀 创齿刀 插齿刀

$ o0 d6 a" {4 X7 k! m+ j) o    4. 纺织工业: 纺织刮板 送料导杆 锭子棘轮 纺织针 喷丝头 钢领
0 x0 O: O/ ?, F2 Z
* _$ \$ ~1 q' W- `, r# H7 W    5. 石化工业: 各种阀门 泵壳 抽油泵 抽油杆 热交换器及各种轴、套、管、叶片等

( A9 Y2 \& n; p% a    6. 其 它: a.柱塞式液压泵 齿轮泵 剪板机 导弹导轨 机床导轨 手表扣
. V1 H7 ]4 K. b
    b.各种标准件 缝纫机零件 自行车零件 电动工具 振动盘 刀片

六、823抗磨剂在模具方面的应用实例

序号
- O  K" a& g" z# g/ g- N) _使用

1 n/ i- B6 y$ N) t* N单位
; b* T1 I& W+ j& V模具名称
+ ^! v5 x/ b: H" o: U模具材
, g3 _& `0 ~, Z
# m" w" b; i/ A$ _3 Y1 X5 N2 h料硬度
工 件

材 料
# v: J$ ^, Y" u, u8 K: y效 果 比 较

6 W9 m0 p! N+ o- @, c
# ?5 j9 a% s: D" n5 {
) x6 _. a# H9 O& x/ |: r涂 敷 前
涂 敷 后

9 J+ I9 q/ L- P) T) Q/ H  O' h$ q1
7 V( i3 }8 ]! o9 r  T: a济南生
/ c" ?6 J4 Z1 G9 b" i! n9 U1 O
建电机厂
3 o1 x5 [8 D0 F8 b( S* _1 e75kw电机转子铁芯单槽冲模
cr12
8 k/ r, Q6 b& i
hrc60~64
d22钢板δ0.5mm
# n! Y6 t% R* n- A模具刃磨一次可冲4台电机的转子铁芯，冲次10.5万次。
刃磨一次可冲8台电机的转子铁芯，模具寿命提高一倍，提高了工件断面质量，毛刺高度上升状况比较平稳。

2
5 b$ v0 \* m( v' z7 T济南消防器材 厂
消防筒上盖落料拉伸模
t10a
+ m9 W: C* H! T# o
2 o; Y* b9 Z& F, k- l- X5 I! Z5 p6 qhrc50~55
8ai铜板δ1.5mm
7 i. O5 G: H$ q) Y每套模具冲压500个工件后，凹模圆角严重拉伤及拉伸件表面有划痕。
- h$ q! Z7 @, r( K2 O3 T模具每次可冲压拉伸１万多工件，寿命提高近20倍，质量也大大提高。（工件拉伸高度50mm）

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3
! _) X% @6 P0 j济南轻骑摩托车厂
油箱口落
) w, Z( r& Q3 ?. Y; y/ j+ _: x- A# P% x2 G
料拉伸模
8 Y- l" r3 w6 i( Usdk-11

1 L6 \  A1 C9 @) Q- E* I& I(cr12mov)
o8ai

δ0.7mm
冲1万个零件后，模具就拉伤，冲件表面产生划痕。
冲1.6万个零件，模具无拉伤，表面质量良好。（模具从日本进口）

4 u" t4 Q" s* M; A3 x- i4
7 b* E  s0 _; Z油箱外壳拉伸模压边圈
; `+ A* i. ?$ k/ {( K1 @. F/ u7 z灰口铸
) J, `, t, U6 X. S2 o! h# j
7 ]9 E% P* ^1 w- [  S铁镀铬
$ e; y8 K/ a! v9 I0 D# \6 ^o8ai
# x  W3 d& }" [, k
5 w" n+ n6 l  g5 V4 j" Z; f$ r1 [δ0.7mm
# n' j( F# l# B8 N  E: f8 |8 T模具的凹模及压边圈冲1000多个零件就需修理。
冲压7500多个零件，也无需修理。
! k6 F  K( ^+ n4 s4 F2 A; f
（模具从日本进口）

5
3 t1 i  i9 ~4 P5 z; M: m1 w喇叭固定
8 y7 E; @/ R# x
6 W+ q  F: o5 w板落料冲

& l0 ~) N2 T; W! l: \* o. h5 `孔复合模
cr12
a3

δ1.6mm
9 I! B! b' U9 w/ l: h: }# |" o3 D冲800多个零件后，模具刃口明显变钝，冲裁过程中板材产生撕裂现象，毛刺高达0.5mm。
可冲15000 个零件，模具寿命提高了18倍。

$ |7 o, Z8 c$ R0 |6
泰安电

- o4 q, h, y- J0 K  `8 d车线厂
1 @, L2 K' M) K6 T拔丝模
, Y+ L# V7 s3 w( ]1 }yg8
$ i& T$ I* B3 ~6 L9 K( R+ |铜
$ K( B  ~$ U% h: e7 B1 w
; g2 f& f, h' P7 }& p7 P- n7 Ktc1110
; z+ X! P! l" S$ z模具每次拉制线材2788m，且首尾尺寸相差大，废品率很高
% S: Y  b9 n. G8 ^2 k可拉到9644m，尺寸变化仍在公差范围内，无废品，且拨丝表面粗糙度大大降低，寿命提高3~5倍。（电气火车的馈电线）

7
北京手术器械 厂
0 X5 d' D& p# o9 T! U. V手术刀片
& ]' p' e& e. {3 @
) F# G# O: Y  @* d, J冲芯模
cr12

* H) m0 _+ u# b, w' H3 ghrc60~64
/ \0 t0 c; l$ w. X  M& A
# Y' L4 m; c4 Y; y冲压3万片，修磨一次，需半天时间，浪费工时，影响进度。
可冲10万片，刀片质量有所改善，送歪片也极少损坏模具。

" K" b1 P( O4 }, M" ?8
0 P0 E% r+ }2 y* {  N9 ?7 m航天航空部139厂
7 _/ X9 |  G: I9 d2 i* ^- o自 行 车

! L/ M; g# [! o% G/ E4 t9 t2 F托板螺帽

冲缺口模
cr12
% e9 @) G( M1 Y* E+ G0 [! F; Ta3
' o7 A6 I( h- p+ f+ X冲制每批零件需用30多套模具，模具消耗量大，换装模具次数多，时间长，工人劳动强度大。
只用3套模具就可冲制完该批零件。冲制用的3套模具经修刃后可继续使用，寿命提高10倍以上。
& Q5 Y. L( X( p( X& v

七、823模具专用抗磨剂涂敷工艺

) L: o/ |' J% [1 ^1 V* J1．工具及设备
, T( z+ b/ w1 P( O: w, W4 a4 ^
" W3 P( O7 `7 U+ c1.1 恒温干燥箱（顶部有出气孔），温度范围：室温~150℃；或电吹风500w.
. w8 H+ S( Q, d6 L! G5 @# V5 W* V
, _. k( T9 Q2 z  L/ b/ {1.2 恒温水浴设备（单孔/双孔水浴锅或其它）；
1 z8 Q4 ]+ ~; e) P8 e
; ~. J" _$ K) H# W4 h1.3 容器（250ml、1000ml烧杯或视工件大小而定）；温度计（0~200℃有结温度计2支）；

1.4 漏斗、中速滤纸、搪瓷盘或不锈钢盘各一件；
! W- `8 M2 ~$ ^. F
5 d. z. f, t. X! V+ [, v; D1.5 量筒（250ml）、量杯(100ml)、玻璃棒各一只；
- `& \1 n( w. V% a! _% B5 r" L% H; l
; @6 m5 \* ]7 A3 }0 A' S2．环境要求
3 V/ s% Q& o/ p4 B; _& H
2.1 操作间应清洁、防尘；并安装通风、排气装置。环境温度应保持在12~35℃。
* a$ L) Q- S$ z7 A  T3 F# u8 H
3 t" L; H' F$ ?  J8 \2.2 操作间禁止烟火，不准使用电炉或明火直接加热溶液或烘干工件。
- D  `/ b2 _1 t8 z# [+ L
2.3 配电盘和开关应符合防火、防爆要求，或安装于操作间之外。
% l  i# D! M; G' t: d/ [
3．工艺流程 前处理
( W% {) B/ M. h% C8 P
* m. Z* \- u9 K清 洗
: v/ h* o* w6 ]1 L2 Y
- |6 R9 W( n" r; }" C" s9 g预 热

5 P# f8 u  N+ r& Y/ [涂 敷

晾 干

晾 干
4 [- N9 V# f: J
6 h. z" h! D5 X- l烘 干

: f  o- a" B( C/ ^% G) Q冷 却

- v1 N: m7 i* o2 I5 x8 j$ ]包 装
$ [$ c. D  C% B5 u$ N/ @3 ]4 [
$ _5 T& d6 t% z" z( i/ m3.1 前处理
, s2 U6 M6 ?3 d9 m/ U
用机械和化学方法去积尘、油污和各种腐蚀产物。
' q+ A$ e& I4 G; b
3.2 清洗
* L' o5 U- `8 u) b- Y
8 @- J/ X' ]; t! Z1 E将工件用1:1的无水乙醇（化学纯）和120号溶剂汽油（或二甲苯）混合溶剂对被涂工件进行清洗，使工件表面干燥、清洁。确保无腐蚀物、油污及水分（以干净白纱布擦拭无污点为宜）。

3.3 预热

1 S4 t. ~$ L- t5 N* s& \预热时，将清洗干净的工件放入烘箱中，在80~90℃下保温20分钟，从烘箱取出后5分钟内进行涂敷（工件预热后温度以等于或略低于溶液温度为宜，即45~55℃）。量少时无须预热。

% z6 t* t0 h; _* @# U3.4 涂敷
0 J; p: h) E8 |( l* A
$ f! W, B+ }! G1 g9 {. Y. I涂敷过程应符合下列要求
) p! n5 a7 _; }8 }  u8 M8 q) P0 v
a. 溶液澄清透明时方可涂敷，并且使溶液温度保持在55℃~65℃的范围内（水温60~65℃，加热时用玻璃棒轻轻搅拌溶液）；

b．避免工件、溶液与水接触，水浴最好封闭；
- q9 [& f3 o. }2 |1 f0 t
3 N& z$ w4 [) S: K' Hc．操作人员应戴清洁的白纱手套与口罩，避免手直接接触工件；
4 H3 Q# y& z: d" M- D0 I" h
d．将预热的工件浸入溶液中1~2分钟，并适当抖动。对不便浸涂的工件或设备，可用干净毛刷刷涂，用电吹风依次均匀吹3~5分钟即可。

3.5 晾干

, j' Y/ ~. A7 {# @7 ~) k5 {将涂敷好的工件晾置15分钟以上，确保溶剂完全挥发（不得有液滴堆积及流痕）。

8 r8 u1 u7 O6 A! ~, S2 O+ ~3.6 烘干
5 s5 |5 Q9 q4 @9 u8 P
将晾干后的工件放入烘箱内烘干，烘干温度120±2℃，烘干时间30~60分钟（以烘箱温度达到120℃开始计时，并完全打开出气孔）。对印制线路板等不适宜上述温度的工件，可在70~80℃烘干，保温时间1小时。
+ L1 t3 l. i1 }6 J! G  K% U
' a# t. A! }# p& p3 ~3.7 冷却
/ {0 W6 G, P' |
$ ?5 b/ Z: ^; J+ P( d! a7 Q经烘干的工件取出自然冷却，其涂敷部位未冷却、干燥前不得触摸，待工件冷却到室温后方可包装。
9 k* v: M5 U* A$ ~8 k% m& ?8 E9 [
9 x: b$ s2 N" z8 K) i. R4．检验

用肉眼或3~5倍放大镜对涂膜进行检验。涂膜应洁净、均匀、无流痕或堆积等缺陷。注意处理花印！