压铸模具钢的微弧氧化复合表面改性

摘要

轻金属成型在材料加工领域所占比重日益增大，其中压铸成型方法最为广泛应用。H13热作模具钢在长期工作过程中容易产生热疲劳、热融合等各种失效，为避免模具失效以及提高产品质量，压铸模具内表面的表面处理及改性则显得尤为重要。本文对H13钢表面的热浸镀铝-微弧氧化复合表面处理工艺作了介绍和研究。棒状H13钢试样先被浸入到熔融纯铝液，铁-铝反应层随之在铝液与试样表面形成。中间合金层的主要成分是Fe2Al5，反应层与试样最外表面的纯铝层的厚度主要随着浸镀时间(1.5～12min)和浸镀温度(710～760℃)的变化而变化。在热浸镀铝后的试样外表面，形成了一层均匀分布的纯铝层，以此纯铝层为基体，进行微弧氧化表面处理，电流密度为10A/dm2，最终在试样表面形成了多孔状的微弧氧化陶瓷层。
　　 本文通过以下分析测试手段对热浸镀铝.微弧氧化复合表面处理H13试样的微观组织和力学性能进行评估：
　　 ①通过SEM对热浸镀铝试样、微弧氧化试样的截面进行了观察；复合表面处理层的结构从外到内依次为陶瓷层、纯铝层、Fe-Al合金层和基体层；并且通过SEM观察发现陶瓷层表面呈多孔状。通过SEM/EDS对热浸镀铝试样、微弧氧化截面的元素成分变化进行测定，表面陶瓷层中的O、Si元素主要来源于所用碱性微弧氧化电解液
　　 ②通过XRD对热浸镀铝试样的表面层和中间相合金层的相组成进行了判定，中间合金层的主要相为Fe2Al5和少量FeAl3相。并且对微弧氧化陶瓷层则由γ-Al2O3相和α-Al2O3相组成。
　　 ③使用金相显微镜对热浸镀铝试样的涂层厚度进行了测量发现随着浸镀时间和浸镀温度的增加，中间合金层的厚度呈增大趋势，增加浸镀温度和时间更有利于铝液中的Al原子和钢基体中的Fe相互扩散并形成中间相化合物。
　　 ④对热浸镀铝-微弧氧化复合层的截面进行了微观硬度的测定，表面陶瓷层的微观硬度高达1700HV，远高于H13钢基体的硬度600HV。
　　 ⑤对热浸镀铝表面进行了普通阳极氧化试样和微弧氧化试样进行热疲劳性能测试，结果表明，微弧氧化陶瓷层的耐热疲劳性能要明显高于传统阳极氧化的此性能。