铝挤出模具的表面处理方法以及铝挤出模具技术

本发明专利技术涉及一种具有耐磨性和耐分离性的铝挤出模具的表面处理方法。该铝挤出模具的表面处理方法包括第一渗氮处理步骤，该步骤通过在含渗碳气体的渗氮气体气氛中对由工具钢制成的主体（５）进行加热和保持，而在模具主体（５）的表层部分形成含碳和氮的扩散硬化层（６）；该方法还包括第二渗氮步骤，该步骤通过在不含渗碳气体的渗氮气体气氛中加热和保持进行过第一渗氮处理步骤的模具主体（５），而在扩散硬化层（６）的表面上形成基本不含碳的化合物层（７）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有耐磨性和耐分离性的铝(包括其合金)挤出模具的表 面处理方法，还涉及通过该方法获得的铝挤出模具。
技术介绍
下面的描述提出专利技术人对相关技术和其中存在问题的认识，不应被认 为是对现有技术的认可。铝材料由于重量轻并且耐腐蚀性好已经4皮广泛地用作建筑材料等。在 这些铝材料中，为了获得对光泽度有要求的构件，已广泛地采用了挤出模 制成形。在这种才莫具中，基于JIS (日本工业标准)SKD61或SKD62的工 具钢,皮用作才莫具基材。此外，模具的用于挤出铝合金的支承面等的磨损程度对所获得的挤出 材料的尺寸和/或表面质量有很大影响。特别是在3xxx系列铝合金的情况 下，模具的支承面等很容易磨损。在这种情况下，为了控制这种磨损，已知对上述工具钢进行各种渗氮处理(见例如日本未审定公开专利公报No. H10-30164,该/>报在下文中被称为"专利文献l")。上述对挤出模具的渗氮处理会产生位于最外部表面的通常称作化合物 层的主要由Fe2N和Fe3N组成的氮化物层，并产生位于基体金属侧的其中 扩lt有氮的扩lt硬化层。在这种情况下，最外部表面的化合物层的硬度较高，例如lOOOMHv 或更高，而与基体金属相比，该化合物层与所接触铝合金的亲和力较小， 这有利于在进行挤出时控制模具的磨损和铝合金的粘附。此外，位于基体 金属侧的扩散硬化层可用作中间层，该中间层防止化合物层和基体金属之 间由于大的石级差而分离。在铝挤出步骤中，由于最后的构型仅通过挤出铝合金坯料而获得，所 以施加在模具表面上的应力变得相当大。另一方面，通过氮扩散而使硬度 增加的扩散硬化层趋于变得易脆。因此，通过例如挤出应力会使扩散硬化 层破裂，从而导致扩散硬化层分离。扩散硬化层的这种分离会使挤出材料 产生有缺陷的构型和/或受损的表面质量，有时还会产生分离的碎片混入挤 出材料的问题。因此，经过渗氮的挤出模具需要具有耐分离性。也就是说，在没有碳源添加到渗氮气体(用于渗氮处理的气体)的气 体渗氮过程中，材料中的固溶碳C将会通it^基体金属表面扩散氮N而运 动到基体金属侧。从而扩散硬化层中的C浓度减小，而扩嘞L硬化层中的N 浓度增加，这会产生易脆的渗氮层。当进行挤出而施加大的应力时，扩散 硬化层的这种易脆性会导致裂紋的产生和t艮。从而容易出现大的表面缺 陷例如扩散硬化层的大部分分离。为了控制渗氮层的脆性，有效地使用这样的方法，其中，不仅氮而且 碳同时扩散，从而不仅形成氮化物而且形成碳氮化物或碳化物，该碳氮化 物或碳化物是石l变比氮化物略低而韧性比氮化物高的化合物。对于这种方 法，存在气体软化渗氮处理，其中，在含碳源的气氛和盐浴渗氮处理中进 行渗氮处理。因此，如上述专利文献1所公开的一样，提出了一种通# 添加有具有碳源的气体的渗氮气体气氛中进行碳氮共渗，来改善与基体金属的分离特性的技术。然而，铝合金的挤出温度通常为450n或更高。因此，模具的支承部 的温度会变成通常达到500X:或更高的更高的温度，其中，挤出的铝^r 通过所述支承部用很大的力加工出。另一方面，主要由Fe2N和Fe3N形成 的化合物层具有能包含大量固溶碳的特性。然而，在进行上述碳氮共渗处 理的情况下，从研究结果已知，当化合物层中固溶碳的量增加时，化合物 层在高温(约500"C或更高)时变得容易分解。图1A示出在50%NH3 + 50%渗碳气体(RX气体)的混合气体气氛中， 在570n加热温度x 3小时保持时间的条件下，受到气体软化渗氮处理的样 品的EPMA分析。另一方面，图1B示出在580'C加热温度x2小时保持 时间的条件下，受到盐浴渗氮处理的样品的EPMA分析。在这些图中，"白 色层"表示化合物层。利用这些方法，在最外部表面形成的化合物层也变 为包括大量碳的氮化物。在这里，认为包含大量碳的化合物层在高温下容 易分解的原因是因为C与Fe的粘合强度比N与Fe的粘合强度低。因此，在挤出过程中受到高温时，包含固M的化合物层具有比仅包 含氮化物的化合物层容易分解的缺陷。从而，在挤出过程中，化合物层的 厚度不仅通过筒单的磨损而且通过分解而显著地减小。如上所述，由于包含碳的化合物层容易通过分解而消失，所以专利文 献l中公开的模具存在这样的问题，即，尽管扩散硬化层的韧性可以提高， 但化合物层容易分解和消失，从而在挤出加工过程中使扩散硬化层暴露。 一旦化合物层消失从而使扩散硬化层暴露，虽然扩散硬化层的硬度高例如 为900至1100MHv，但由于与铝合金的亲和力变得与基体金属一样大，从 而扩散硬化层4艮快地磨损。这又会导致所获得的挤出材料在表面质量上极 大地受损的问题。文中对其它出版物中公开的各个特点、实施例、方法和设备的优点和 缺点的描述决不是用于限制本专利技术。事实上，本专利技术的某些特点可以克服 某些缺点，而同时保留其它出版物中公开的特点、实施例、方法和设备。从下文的优选实施例中可以清楚地看到本专利技术的其它目的和优点。
技术实现思路
考虑到相关技术中的上述和/或其它问题而研究出了本专利技术的优选实 施例。本专利技术的优选实施例可以显著地改善现有的方法和/或设备。本专利技术旨在解决传统技术的上述问题，并且目的在于提供一种具有耐 磨性和耐分离性的铝挤出模具的表面处理方法、 一种通过该方法获得的铝 挤出模具、以及一种铝挤出模具的生产方法。本专利技术提供了下列方式。[1一种铝挤出模具的表面处理方法，包括第一渗氮处理步骤，该步骤通过在含渗碳气体的渗氮气体气氛中对由 工具钢制成的模具主体进行加热和保持，而在模具主体的表面层部分形成 含碳和氮的扩嘲》更化层；以及第二渗氮处理步骤，该步骤通过在不含渗碳气体的渗氮气体气氛中加 热和保持进行过第一渗氮处理的模具主体，而在扩散硬化层的表面上形成 基本不含碳的化合物层。如上述第1项所述的铝挤出模具的表面处理方法，其中，在第一渗氮处理步骤中，加热温度为50or;至58or;。如上述第1项所述的铝挤出模具的表面处理方法，其中，在第一 渗氮处理步骤中，渗碳气体是丁烷或丙烷的转化气，渗氮气体是NH3气体 或含NH3气体和非渗氮气体的混合气体。如上述第4项所述的铝挤出模具的表面处理方法，其中，渗碳气 体是RX气体。如上述第1项所述的铝挤出模具的表面处理方法，其中，在第一 渗氮处理步骤中，扩散硬化层形成为具有50pm或更厚的厚度。如上述第1项所述的铝挤出模具的表面处理方法，其中，该模具 用于挤出3xxx系列铝合金。—种铝挤出模具，其中，在由工具钢制成的模具主体的表面层部 分形成包含碳和氮的扩散硬化层，并且在该扩散硬化层的表面形成基本不 含碳的化合物层。—种铝挤出模具的生产方法，包括上述第1至13项中任一项所述 的铝挤出模具的表面处理方法。 本专利技术具有以下效果。根据上述第项所述的专利技术，可以确信地形成具有足够厚度的扩"^石更 化层，并且可以确信地确保高的生产率。根据上述第项所述的专利技术，可以确信地减少化合物层中的C浓度， 并且可以确信地防止扩散硬化层中的C向基体金属扩散。根据上述第[91项所述的专利技术，可以确信地形成化合物层。 根据上述第[10j项所述的专利技术，可以确保高的生产率。 根据上述第[11项所述的专利技术，当化合物层由于挤出而减少或消失、 并且扩散硬化层露出从而可能导致迅速磨损时，可以重新形成碳浓度低并 且难本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝挤出模具的表面处理方法，包括：　　　　第一渗氮处理步骤，该步骤通过在含渗碳气体的渗氮气体气氛中对由工具钢制成的模具主体进行加热和保持，而在模具主体的表面层部分形成含碳和氮的扩散硬化层；以及　　　　第二渗氮处理步骤，该步骤通过在不含渗碳气体的渗氮气体气氛中加热和保持进行过第一渗氮处理的模具主体，而在扩散硬化层的表面上形成基本不含碳的化合物层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：馆辉雄，田中幸一，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]