使用高速氧燃料热喷涂和等离子体离子渗氮用于模具补整和修复的方法及系统
阅读：991发布：2020-05-12
专利汇可以提供使用高速氧燃料热喷涂和等离子体离子渗氮用于模具补整和修复的方法及系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种用于模具补整和修复的方法和系统，使用高速 氧 燃料 （HVOF） 热 喷涂 和 等离子体 离子渗氮以补整导致形成车辆 门 之处的细微弯曲的压模模具的特定部位（损坏部分）以将其修复至其初始状态。本发明还提供一种使用HVOF 热喷涂 的涂层厚度量化技术，可以以循环方式精确补整导致形成车辆门之处的细微弯曲的模具的损坏部分。在进行HVOF热喷涂之后使用等离子体离子渗氮可以将模具的表面氮化，使得该模具的表面硬化从而可以极大地改善模具的 耐磨性 和耐疲劳性并且可以提高模具的硬面堆焊或堆焊效率。，下面是使用高速氧燃料热喷涂和等离子体离子渗氮用于模具补整和修复的方法及系统专利的具体信息内容。
1.一种用于模具补整和修复的方法，所述方法包括：
使用高速氧燃料（HVOF）热喷涂在其中将球墨铸铁用作基底的压模模具的损坏部分上形成铁合金粉末涂层；和
使用等离子体离子渗氮通过使所述压模模具的涂层表面氮化在所述涂层上形成氮化层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述铁合金粉末具有在25μm至35μm范围内的平均直径。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模具包括球墨铸铁基底，并且其中在HVOF热喷涂中使用的涂层材料选自由铁合金FE-101粉末、FE-206粉末、和FE-108粉末组成的组。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述铁合金粉末具有在25μm至35μm范围内的平均直径。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将控制所述模具损坏部分表面的表面粗糙度作为进行HVOF热喷涂之前的预处理过程。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，使用喷砂进行所述控制表面粗糙度。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，控制所述表面粗糙度以满足所述等式Ra=5.63±0.41μm或更高。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，通过调节氧气流和燃料流的增/减来控制粉末粒子的熔化温度来进行HVOF热喷涂。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，使用圆筒形4"喷枪、相对于模具基底14"的喷涂距离、300mm/s的喷涂速度、5mm的喷涂斜度、76g/min的喷涂速率，1800标准立方英尺每小时（scfh）的氧气流量、5.1加仑/h（gph）的燃料流量、和20±2scfh的载气（N2）进行HVOF热喷涂。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述氮化层包括在所述涂层的深部形成的氮扩散层和在所述氮扩散层的较上部分之上构成所述模具表面的包含CrN、Fe4N和Fe2-3N的氮化合物层。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，使用等离子体离子渗氮在所述铁合金粉末涂层上形成具有17μm至50μm厚度的氮化层。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述氮化层包含在所述涂层的深部形成的氮扩散层和在所述氮扩散层的上部之上构成所述模具表面的包含CrN、Fe4N和Fe2-3N的氮化合物层。
13.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，在进行等离子体离子渗氮之前，打磨所述涂层表面上达至#1000至#2000并使用乙醇超声清洗从所述涂层除去杂质。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述模具的使用环境和要求条件，通过调节决定所述氮化层的组织和深度的时间、温度、电压和气体比率进行等离子体离子渗氮。
15.一种用于模具补整和修复的系统，所述系统包括：
使用HVOF热喷涂在其中将球墨铸铁用作基底的压模模具的损坏部分上形成铁合金粉末涂层的高速氧燃料（HVOF）热喷涂涂覆单元；和
使用等离子体离子渗氮通过使所述压模模具的涂层表面氮化用于在所述涂层上形成氮化层的等离子体离子渗氮单元。
16.根据权利要求15所述的系统，进一步包括用于将控制所述模具损坏部分表面的表面粗糙度作为在进行HVOF热喷涂之前的预处理过程的表面粗糙度控制器。
17.根据权利要求15所述的系统，进一步包括，在使用所述等离子体离子渗氮单元进行氮化之前，用于将所述涂层表面打磨上达至#1000至#2000的打磨单元和使用乙醇超声清洗从所述涂层除去杂质的清洗单元。
使用高速氧燃料热喷涂和等离子体离子渗氮用于模具补整
和修复的方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及使用高速氧燃料（HVOF）热喷涂和等离子体离子渗氮用于模具补整和修复的方法及系统，并且更具体地，涉及使用HVOF热喷涂和等离子体离子渗氮用于模具补整和修复的方法及系统，由此可以将在车辆的车门处促使形成细微弯曲的压模模具的特定部位（损坏部分）补整和修复至其初始状态。
背景技术
[0002] 已经将车辆设计视为与性能同等重要以满足消费者的需求。因此，存在对于开发硬成形生产技术以实现车辆的复杂曲面设计的需要。
[0003] 一个这样的实例是使用压模模具制造的车辆盖板（覆盖件）。 [0004] 然而，当使用压模模具制造车辆的盖板时，归因于由模具表面的损坏部分在车辆盖板上形成的张力平衡差，在车辆的盖板上会出现缺陷，如细微的弯曲（参见图1）。 [0005] 因此，作为用于补整在盖板上形成的细微弯曲的相关技术的实例，实施了一种补整（修补）方法，由此通过使用焊条在模具的损坏部分处进行硬面焊接（hardfacing welding）或堆焊（overlay welding），如弧焊，将模具的损坏部分修复至其初始形状。 [0006] 然而，当在模具的损坏部分上进行焊接时，难以控制焊接厚度，并且发生基底的热变形，并且用于硬面堆焊或堆焊时间很长，并且需要许多补整号码以在模具的损坏部分形成精确的尺寸。
[0007] 此外，通过硬面堆焊或堆焊如弧焊修复的模具表面被镀铬。然而，并不易于控制铬镀层的厚度，并且由于镀层厚度所导致的表面硬度差，当加热模具和在压模工作期间使用强压重复进行数千次垂直操作时，镀层不可避免地发生剥离，并且应该定期重新镀覆模具。 [0008] 在400℃或更高温度下很难使用这样的镀铬法，并且由于具有比砷（As）或镉（Cd）6+
毒性更强的致癌物质如Cr ，在制造期间可能会发生环境问题。
毒性更强的致癌物质如Cr ，在制造期间可能会发生环境问题。
[0009] 为了解决使用硬面堆焊或堆焊的模具补整法的上述缺点，在韩国专利申请号10-2001-0067981（公布于2011年6月22日）中公开了一种修补技术，该技术通过在预定高度重复进行向模具的损坏部分供给金属粉末、以高速度向模具的损坏部分照射具有低热输入激光束以形成熔融部分和同时地由冷空气快速冷却熔融部分的操作，使模具的损坏部分形成具有高强度合金。
[0010] 然而，使用具有低热输入的激光束的用于修补模具局部部分的这项技术修复技术克服了硬面堆焊或堆焊如弧焊的缺点；然而，由于金属粉末的一次堆叠高度在0.8mm至1.2mm的范围内，因此该技术并不适合用于需要以微米为单位的补整技术的模具的细微弯曲补整，并且归因于由形成高强度合金的另外的快速冷却工艺引起的制造成本和硬面堆焊或堆焊时间的增加，降低了效率。
[0011] 作为根据相关技术的另一种模具修复方法，在韩国专利申请号10-2007-0107966（公布于2007年11月8日）中公开了包括离子氮化表面的模具修复方法。 [0012] 然而，刚刚接受包括通过由生态友好的离子渗氮技术代替使用根据相关技术镀铬的模具修复方法形成的离子氮化表面。在上述参考文献中并未公开硬面堆焊或堆焊层的详细材料和模具的类型以及离子渗氮工艺的具体条件和它们的详细步骤，因此模具修复的结果是无意义的。
[0013] 至于其它相关技术，使用了钨惰性气体（TIG）焊接或混合物粉末涂覆法来修复使用热喷涂成形钢制造的模具，或使用了通过在使用热喷涂成形钢制造的模具的修复部分上形成低温喷涂层并且随后通过进行电焊或低温喷雾堆叠方法部分进行硬面堆焊或堆焊的技术。
[0014] 然而，其中还没有将使用喷雾涂层堆叠的部分补整技术施用于使用球墨铸铁（含有少量镁（Mg）的材料的先例，其中石墨以球状形式存在并相比于普通灰铸铁改善了强度和柔韧性）为基底制造的压模模具。因此，迫切需要开发使用球墨铸铁制造的模具的部分补整方法。
[0015] 在背景技术部分公开的信息仅用于增强本发明一般背景的理解，而不应当作这些信息认为是肯定或任何形式的建议本技术领域技术人员已经公知的现有技术的。 发明内容
[0016] 本发明提供了使用高速氧燃料（HVOF）热喷涂和等离子体离子渗氮用于模具补整和修复的方法和系统，由此使用HVOF热喷涂在车辆门之处导致形成细微弯曲的使用球墨铸铁制造的压模模具的特定部位（损坏部分）上通过堆叠铁合金粉末来硬面堆焊或堆焊模具的特定部分，硬面堆焊或堆焊部分被离子渗氮以在模具的表面上形成氮化层，并且同时地，直至达到由铁合金粉末形成的涂层的深部形成氮扩散层从而可以极大改善模具的耐磨性和耐疲劳性并且可以提高球墨铸铁制造的模具的硬面堆焊或堆焊效率。 [0017] 根据本发明的一个方面，提供了使用高速氧燃料（HVOF）热喷涂和等离子体离子渗氮用于模具补整和修复的方法，该方法包括：使用HVOF热喷涂，在将球墨铸铁用作基底的压模模具的损坏部分上形成铁合金粉末涂层；和通过使用等离子体离子渗氮使该压模模具的涂层表面渗氮在该涂层上形成氮化层。
[0018] 由于模具使用球墨铸铁作为基底，在HVOF热喷涂中使用的涂层材料可以是选自由通用铁合金FE-101粉末、FE-206粉末、和FE-108粉末组成的组的材料。 [0019] 铁合金粉末可以具有25μm至35μm范围内的平均直径。
[0020] 该方法可以进一步包括将控制模具损坏部分表面的表面粗糙度作为进行HVOF热喷涂之前的预处理过程。
[0021] 可以使用喷砂进行控制表面粗糙度，并且可以控制表面粗糙度以满足等式Ra=5.63±0.41μm或更高。
[0022] 可以在其中通过调节氧气流和燃料流的增/减而优化的粉末粒子的熔化温度的条件下进行HVOF热喷涂。
[0023] 特别地，使用等离子体离子渗氮在铁合金粉末涂层之上可以形成具有17μm至50μm的厚度的氮化层。
[0024] 氮化层可以包括在涂层的深部形成的氮扩散层和在氮扩散层的较上部之上组成模具表面的、包含CrN、Fe4N和Fe2-3N的氮化合物层。
[0025] 该方法可以进一步包括，在进行等离子体离子渗氮之前，打磨涂层表面上达至#1000至#2000并使用乙醇超声清洗从该涂层除去杂质。
附图说明
[0028] 图1是示出其中在使用压模模具制造的车辆门盖板处形成的细微弯曲的实例的图像；
[0029] 图2是根据本发明使用高速氧燃料（HVOF）热喷涂和等离子体离子渗氮的模具的涂层的示例性层叠结构的示意图；
[0030] 图3是用于形成模具和涂层之间的致密界面的球墨铸铁的表面粗糙度的图示说明；
[0031] 图4是在模具（球墨铸铁）上涂覆的铁合金粉末的堆叠实例、涂层和模具之间的粘附力和根据其表面粗糙度的粘结强度的图像；
[0032] 图5A，5B和5C是示出根据本发明的铁合金粉末的涂层厚度的量化实例的曲线图；
[0033] 图6是根据本发明的示例性等离子体离子渗氮方法的图示说明； [0034] 图7是根据本发明在等离子体离子渗氮过程完成之后待修复的示例性模具横截面的氮扩散层的剖视图；
[0035] 图8是根据本发明在等离子体离子渗氮过程完成之后待修复的模具涂层横截面的显微硬度的示例性分布曲线图；和
[0036] 图9是在根据本发明的HVOF热喷涂中所用的喷枪的示例性结构的示意图。 具体实施方式
[0037] 现在将对本发明的各个实施方式进行详细具体说明，在附图中图示说明并将如下描述其实施例。尽管将结合示例性实施方式描述本发明，但将理解的是本说明书并不意在将本发明限制于这些示例性的实施方式。与此相反，本发明意在不仅覆盖这些示例性实施方式，还覆盖各种替代、修改、等价形式和其它实施方式，这些都可以包括于如由所附权利要求限定的本发明的精神和范围之内。
[0038] 本发明提供了涂层厚度量化技术，由此可以使用高速氧燃料（HVOF）热喷涂、以循环方式精确补整导致在车辆门之处形成细微弯曲的由球墨铸铁制成的压模模具的损坏部分。本发明还提供了使用HVOF热喷涂和等离子体离子渗氮用于模具补整和修复的方法和系统，由此在HVOF热喷涂之后使用等离子体离子渗氮完成使模具的表面氮化，以使该模具的表面硬化从而可以极大改善该模具的耐磨性和耐疲劳性并且可以提高模具的硬面堆焊或堆焊的效率。
[0039] 为此，首先，选择适合作为压模模具基底的球墨铸铁的涂层粉末。 [0040] 作为在HVOF热喷涂中使用的涂层材料的常用的铁合金（不锈钢）组，表现了与作为压模模具基底的球墨铸铁的相互适合性和相比于基底的高机械特性（硬度，耐磨性和粘接强度）并且在下列表1中示出，考虑到完成涂覆之后的表面氮化，可以选择使用。 [0041] 表1
[0042]编号型号 化学组成[wt%] 备注
1FE-101 Fe-17Cr-12Ni-2.5Mo 316SS
2FE-206 Fe-16.1Cr-4.1Ni-3.2Cu-0.3Nb 17-4PH[Duplex]
3FE-108 Fe-12.5Cr 410SS
1FE-101 Fe-17Cr-12Ni-2.5Mo 316SS
2FE-206 Fe-16.1Cr-4.1Ni-3.2Cu-0.3Nb 17-4PH[Duplex]
3FE-108 Fe-12.5Cr 410SS
[0043] 如表1中所示，所选的常用铁合金组中的FE-101粉末是奥氏体不锈钢材料，具有高的低温喷涂效率，使用过程控制和使用晶粒细化的晶粒增强实现了变形硬化，从而改善了涂层强度特性。
[0044] 此外，表1中的FE-206粉末是马氏体型沉淀硬化不锈钢材料并且具有硬化扩散Cu沉淀的效果，并且FE-108粉末是具有高硬化性能的马氏体不锈钢材料。 [0045] 在选择了用于补整和修复压模模具的HVOF热喷涂的粉末材料，即铁基合金粉末之后，应该确定铁合金粉末的直径，因为它是决定涂层性能的重要因素。 [0046] 如果铁合金粉末的直径太小并且小于15μm，则粉末会完全熔融，并且会堵塞用于HVOF热喷涂的拉瓦尔喷嘴（laval nozzle）从而可能无法进行涂覆。
[0047] 另一方面，如果铁合金粉末的直径过大并且大于35μm，则用于HVOF热喷涂的气体不能充分加速粉末粒子从而可能无法充分完成颗粒涂覆，并且由于未熔融和孔隙，涂层的粒子之间形成粒子之间的弱界面从而发生破裂并且涂层可能剥离（参见图2）。 [0048] 因此，在本发明中，在模具的细微弯曲补整中使用的铁合金粉末的平均直径可以设置在25μm至35μm的范围内。
[0050] 控制模具涂层要形成于其上的表面（损坏部分的表面）的粗糙度的原因是为了确保涂层的粘结强度。
[0051] 为此，进行喷砂过程作为进行HVOF热喷涂之前的预处理过程从而可以控制模具涂层的表面粗糙度。
[0052] 更具体而言，进行作为确保基底和模具涂层之间的粘附性能、高粘结强度和持久性的必要的预处理过程的喷砂过程，从而可以维持基底和具有预定表面粗糙度的模具涂层之间的预定粘结并且同时可以形成其间的致密界面。
[0053] 使用喷砂处理的基底（球墨铸铁）的表面粗糙度可满足等式Ra=5.63±0.41μm或更高，因为在Ra=5.63±0.41μm或更低的情况下，维持相对较低的粘结强度并在基底和涂层之间出现开裂。
[0054] 因此，作为根据本发明使用HVOF热喷涂进行涂覆之前的预处理过程，使用喷砂由表面粗糙度控制器来控制模具的损坏部分表面的表面粗糙度。
[0055] 作为根据本发明控制模具基底表面粗糙度的实验性实施例，在模具基底上进行喷砂处理使表面粗糙度可以满足等式R1=3.81±0.47μm、R2=5.63±0.41μm、和R3=9.54±0.55μm，如图3所示，使用HVOF热喷涂在模具基底上形成了涂层，并且其结果如图4所示。
[0056] 如图4中所示，当使用喷砂处理的基底（球墨铸铁）的表面粗糙度满足等式R1=3.81±0.47μm时，在涂层和基底之间的界面上可能会出现裂缝，而在另一方面，当使用喷砂处理的基底（球墨铸铁）的表面粗糙度满足等式R2=5.63±0.41μm或更高时，可以形成涂层和基底之间的致密界面。
[0057] 因此，进行喷砂处理从而使模具基底（球墨铸铁）的表面粗糙度可以满足等式R2=5.63±0.41μm或更高。
[0058] 接着，在具有预定表面粗糙度的模具基底的损坏部分上使用HVOF热喷涂进行形成涂层的过程。
[0059] 即，使用由HVOF热喷涂单元实施的HVOF热喷涂法进行在其中将球墨铸铁用作基底的压模模具的损坏部分上形成铁合金粉末涂层的操作。
[0060] 为此，应该建立用于修补压模模具的最佳涂覆处理条件。
[0061] 即，在HVOF热喷涂方法中，通过控制燃料和气体的压力和流量来控制粉末的飞行速度和温度，从而可以确定涂层的堆叠效率并且可以确定涂层精细的组织特性，如涂层和基底之间的粘附性能及其空气孔隙率。因此，为了形成具有优异特性的模具补整涂层，应该建立对燃料和气体的类型、压力和流量条件的工艺优化，而同时，应该建立适合规模生产形成涂层的优化的工艺条件。
[0062] 在这种情况下，在HVOF热喷涂法中使用了由TAFA公司制造的设备JP-5000，并且为了得出最佳工艺参数，如下表2所示，基于作为HVOF热喷涂设备JP-5000的制造商的TAFA的技术数据的涂层粉末工艺参数（条件C2）增加/减少氧气流和燃料流而完成涂覆。 [0063] 表2
[0064]参数 C1 C2 C3
喷枪筒 4" 4" 4"
喷涂距离 14"[355mm] 14"[355mm] 14"[355mm]
喷涂速度 300mm/s 300mm/s 300mm/s
喷涂间距 5mm 5mm 5mm
喷涂速率 76g/min 76g/min 76g/min
氧流量 1700scfh 1800scfh 2000scfh
燃料流量 5.1gph 5.1gph 6gph
载气[N2] 20±2scfh 20±2scfh 20±2scfh
喷枪筒 4" 4" 4"
喷涂距离 14"[355mm] 14"[355mm] 14"[355mm]
喷涂速度 300mm/s 300mm/s 300mm/s
喷涂间距 5mm 5mm 5mm
喷涂速率 76g/min 76g/min 76g/min
氧流量 1700scfh 1800scfh 2000scfh
燃料流量 5.1gph 5.1gph 6gph
载气[N2] 20±2scfh 20±2scfh 20±2scfh
[0065] 在根据本发明的HVOF热喷涂方法中，将煤油用作燃料，使用当煤油与氧气混合并燃烧时所产生的高温和高速气体加热和加速粉末，并且粉末与模具碰撞，从而进行涂覆。 [0066] 参照图9，使用在其中形成燃料和氧气运输路径和其中金属粉末（见表1）连同氮气载气一起输送的路径的喷枪实施HVOF热喷涂法。
[0067] 因此，在由当煤油与氧气混合并燃烧时所产生的高温和高速的气体加热并加速粉末之后，粉末通过喷枪的拉瓦尔喷嘴被喷雾并且同时与模具碰撞，由此形成涂层。 [0068] 此外，将氮气用作载气而同时进行HVOF热喷涂法，并且以空气冷却方式进行模具基底的冷却而无需外部的冷却装置。
[0069] 因此，如图2所示，在球墨铸铁制成的模具基底表面之上形成的铁合金粉末涂层作为使用HVOF热喷涂法形成的涂层。
[0070] 在这种情况下，在完成HVOF热喷涂法之后的涂层的精细组织结构，包括其中充分熔融的粒子重新凝聚的薄板（splat），以曲线形式长距离延伸并且形成层状结构，未熔融粒子、其表面部分熔融的粒子、孔隙和当热喷涂完成时由于碰撞分成许多部分的具有精细晶粒形状的碎片。
[0071] 当粉末粒子的熔化温度处于最佳条件下（表2中的工艺条件C2）时，粉末粒子可能以高速与基底碰撞并且同时可以适当扩散以形成薄片结构或薄板结构。 [0072] 另一方面，当粉末粒子的熔化温度高于最佳条件（表2中的工艺条件C2），即，在表1工艺条件C1的情况下时，或当粉末粒子的熔化温度低于最佳状态（表2中的工艺条件C2），即表1工艺条件C3的情况下，粉末粒子具有含有内部缺陷的精细结构。 [0073] 当粉末粒子的熔化温度高于最佳条件（表2中的工艺条件C2），即表1工艺条件C1的情况下时，由于高温气体流域内不需要的反应，如氧化反应使得在涂层上主要形成氧化物，如Fe3O4。
[0074] 由于在冷却期间热膨胀系数差异，因为在涂层上主要形成的氧化物在氧化物和粉末粒子之间形成弱界面，导致了涂层中并不均匀并且较弱的机械特性（显微硬度和粘结强度）。此外，由于瞬间完全熔融的粒子与基底碰撞并且完全熔融粒子广泛扩散，涂层的堆积效率（相比于喷涂通道编号的涂层厚度）不好，如图5A至5C的C1所示。 [0075] 另一方面，当粉末粒子的熔化温度高于最佳条件（表2中的工艺条件C2），即表1工艺条件C3的情况下时，没有足够的热量供给粉末粒子并且未熔融的粒子与模具表面基底碰撞并发生堆叠。因此，粒子之间的粘附力较弱，并且粒子弱界面之间会生长裂纹从而使涂层可能剥落（参见图4）。
[0076] 因此，在本发明中，根据如上表2中所示的工艺条件C2（其中粉末粒子的熔融温度经过优化的条件）进行HVOF热喷涂法从而优化了使用HVOF热喷涂方法形成的涂层的精细组织结构和粉末的堆叠效率。
[0077] 更具体而言，根据包括筒式4"喷枪、相对于模具基底的14"喷涂距离、300mm/s的喷涂速度、5mm的喷涂斜度、76g/min的喷涂速率、1800标准立方英尺每小时（scfh）的氧流量、5.1加仑/h（gph）的燃料流量和20±2scfh的载气（氮气）的工艺条件C2（其中粉末粒子的熔化温度被优化的条件）进行HVOF热喷涂法。
[0078] 接着，使用等离子体离子渗氮进行在模具损坏部分上涂覆的涂层的表面硬化处理。
[0079] 即，使用通过等离子体离子渗氮单元实施的等离子体离子渗氮来氮化模具的涂层表面从而完成表面硬化。因此，可以完成在涂层上形成氮化层的操作。 [0080] 参照图6，用于表面硬化和提高所补整模具表面即模具损坏部分上涂覆的涂层的耐磨性的等离子体离子渗氮包括在氮化反应室中的泵抽、加热、喷溅清洗、等离子体渗氮和冷却。
[0081] 现在将进行详细描述以上过程。
[0082] 首先，在进行等离子体离子渗氮之前，在使用上达至＃1000至＃2000的碳化硅（SiC）砂纸由打磨单元精细打磨用于使用最佳HVOF热喷涂方法（表2的工艺过程C2）补整的模具的涂层表面之后，通过使用清洗单元采用乙醇超声清洗持续10分钟从涂层除去杂质。
[0083] 随后，在模具装入反应室之后，将反应室泵抽至高真空状态，向模具表面施加电压，检查该反应室的压力使之降低至低于1torr，并随后在300℃下加热反应室30min。 [0084] 接着，在溅射清洗操作中，当在Ar和H2混合气体气氛下施加250V电压时，形成了等离子体，并且在涂层上形成了通过蚀刻可以去除的稳定氧化物层，如Cr2O3。 [0085] 在550℃下使用Ar和H2混合气体、1.6torr的工艺压力、30A或更高的固定电流进行氮化处理10h，并在真空状态下慢慢地冷却。
[0086] 通过上述过程，在通过HVOF热喷涂法涂覆的涂层（铁合金粉末涂层）上形成具有约17μm至50μm厚度的氮化层（包括氮扩散层和氮化合物层），如图7所示。 [0087] 此外，使用电子探针微分析仪（EPMA），从其表面由氮化处理硬化的模具产品检查了氮扩散层。因此，如图7所示，从氮扩散层的较上部分可以检查到作为氮化合物层的N-富集区。
[0088] 即，可以检查到，在模具表面存在N-富集区并且，在根据钢型号316SS、17-4PH和410SS的涂层的深部上形成了具有17μm至50μm厚度的氮扩散层。
[0089] 参照图8，在氮扩散层的较上部分上形成了包含氮化物如CrN、Fe4N和Fe2-3N的致密化合物层（N-富集区就是氮化合物层），形成了具有1100或更高Hv的优异的氮硬化层，并且由于根据涂层的深度形成的氮扩散层，提高了硬度。
[0090] 虽然已经描述了使用等离子体离子渗氮形成表面硬化层的方法用于表面硬化和提高根据本发明的模具损坏部分（修复的部分）的耐磨性，但是也可以通过调节决定氮化层的组织结构和深度的时间、温度、电压和气体比率使得可以在各种环境和条件下使用通过等离子体离子渗氮修复的表面。
[0091] 如上所述，本发明提供了以下效果。
[0092] 根据本发明，通过在球墨铸铁形成的压模模具的特定部位（损坏部分）上使用HVOF热喷涂技术堆叠铁合金粉末硬面堆焊或堆焊了模具的特定部位，并且以微米级单位量化和控制了涂层的涂层厚度从而可以减少用于精确确定尺寸（dimensioning）工作的修复编号，并且能够提高生产效率并能够降低生产成本。
[0093] 另外，在HVOF热喷涂法中，相比于根据相关技术的焊接技术能够实现相对低温的堆叠，并且与根据相关技术的弧焊不同，可以使修复模具时基底的热变形最小化。 [0094] 特别地，通过使用等离子体离子渗氮在修复的模具上通过进行表面硬化形成了在模具表面上的包含氮化合物层的氮化层和具有涂层的深度的 氮扩散层，由此可以改善模具的耐磨性和耐疲劳性，能够降低模具的损坏并且可以延长模具的使用寿命。 [0095] 此外，在等离子体离子渗氮中，氮气能够由于辉光放电而电离。因此，模具能够在低温下氮化，并不使用氨气（NH3）和一氧化二氮（N2O）而使之能够实施生态友好的氮化。 [0096] 此外，它能有效地氮化那些不容易通过进行氧化物分解和等离子体离子渗氮过程期间利用溅射效应使要处理的物体表面的表面活化而进行氮化的金属的铝、不锈钢和铸铁。
[0097] 另外，在等离子体离子渗氮中，可以改变在各个工艺条件（温度，时间，压力，气体比率）中形成的氮化物相和厚度从而能够根据待修复模具的特性和用途选择性地改变模具的表面特性，并且可以改善模具的修补和修复效率。
[0098] 为了便于在所附权利要求中进行解释和精确定义，以上术语等都参照图中显示的这种特点的位置用于描述示例性实施方式的特点。
[0099] 已经提出了本发明的具体示例性实施方式的上述描述，用于例证说明和描述。它们并非意在进行穷举或将本发明限制于所公开的精确形式，并且显然地，根据上述教导，许多改进和变化都是可能的。选择和描述这些示例性实施方式以解释本发明的某些原理及其实际应用，从而使本领域其它技术人员能够完成和利用本发明的各个示例性实施方式，及其各种替代和修改。意在由本文所附的权利要求及其等价形式限定本发明的范围。
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