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摘要：扼要綜述了在模具制造領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛的幾類表面工程技術(shù)，并對(duì)其性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性作了比較。介紹了稀土表面工程技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用進(jìn)展。對(duì)納米表面工程技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用作了展望。
關(guān)鍵詞：模具制造；表面工程技術(shù)；稀土表面工程；納米表面工程

引言

國際模具協(xié)會(huì)專家認(rèn)為：模具是金屬加工業(yè)的帝王。而模具材料又是模具工業(yè)的基礎(chǔ)。但即使是新型模具材料仍難以滿足模具的較高綜合性能的要求。表面工程是當(dāng)前材料科學(xué)與工程領(lǐng)域中表現(xiàn)較為活躍、發(fā)展較為迅速的分支。表面工
程具有學(xué)科的綜合性，手段的多樣性，廣泛的功能性，潛在的創(chuàng)新性，環(huán)境的保護(hù)性，很強(qiáng)的實(shí)用性和巨大的增效性，因而受到各行各業(yè)的重視。表面工程技術(shù)在模具制造領(lǐng)域中的應(yīng)用，在很大程度上彌補(bǔ)了模具材料的不足。

可用于模具制造的表面工程技術(shù)十分廣泛，既包括傳統(tǒng)的表面淬火技術(shù)、熱擴(kuò)滲技術(shù)、堆焊技術(shù)和電鍍硬鉻技術(shù)，又包括近20年來迅速發(fā)展起來的激光表面強(qiáng)化技術(shù)、物理氣相沉積技術(shù)（PVD）、化學(xué)氣相沉積技術(shù)（CVC）、離子注入技術(shù)、熱噴涂技術(shù)、熱噴焊技術(shù)、復(fù)合電鍍技術(shù)、復(fù)合電刷鍍技術(shù)和化學(xué)鍍技術(shù)等。而稀土表面工程技術(shù)的進(jìn)展和納米表面工程技術(shù)的興起必將進(jìn)一步推動(dòng)模具制造的表面工程技術(shù)的發(fā)展。表面工程技術(shù)應(yīng)用于模具型腔表面處理，可達(dá)到如下目的：

（1）提高模具型腔表面硬度、耐磨性、耐蝕性和抗高溫氧化性能，大幅度提高模具的使用壽命。提高模具型腔表面抗擦傷能力和脫模能力，從而提高生產(chǎn)率。

（2）經(jīng)表面涂層或合金化處理過的碳素工具鋼或低合金鋼，其綜合性能可達(dá)到甚至超過高合金化模具材料及硬質(zhì)合金的性能指標(biāo)，從而可大幅度降低材料成本。

（3）可以簡化模具制造加工工藝和熱處理工藝，降低生產(chǎn)成本。

（4）可用于模具型腔表面的紋飾，以提高制品的檔次和附加值。

（5）可用于模具的修復(fù)等再制造工程。

1 熱擴(kuò)滲技術(shù)

熱擴(kuò)滲技術(shù)是用加熱擴(kuò)散的方式使欲滲金屬或非金屬元素滲入金屬材料或工件的表面，從而形成表面合金層的工藝。其突出特點(diǎn)是擴(kuò)滲層與基材之間是靠形成合金來結(jié)合的，具有很高的結(jié)合強(qiáng)度，這是其它涂層方法如電鍍、噴鍍、化學(xué)鍍、甚至物理氣相沉積技術(shù)所無法比擬的。常用于熱擴(kuò)滲的合金元素包括碳、氮、硅、硼、鋁、釩、鈦、鎢、鈮、硫等。上述元素都已在不同程度上應(yīng)用于各類模具型腔表面的強(qiáng)化。隨著熱擴(kuò)滲技術(shù)的不斷發(fā)展，二元乃至多元共滲工藝在模具表面強(qiáng)化中發(fā)揮越來越大的作用。對(duì)不同滲入元素或不同模具種類而言，最佳滲入工藝也不盡相同，這里介紹在模具表面強(qiáng)化中應(yīng)用最多的幾種熱擴(kuò)滲工藝。

1.1 滲碳

滲碳具有滲速快、滲層深、滲層硬度梯度與成分梯度可方便控制、成本低等特點(diǎn)，能有效地提高材料的室溫表面硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度等。滲碳工藝應(yīng)用于模具表面強(qiáng)化的第一個(gè)方面是低、中碳鋼的滲碳。滲碳應(yīng)用于冷作、熱作和塑料模具上，都能提高模具壽命。對(duì)于注塑模，特別是在成形對(duì)型腔起磨粒磨損的塑料制品時(shí)，可采用20#鋼粗加工成模，進(jìn)行型腔表面滲碳，再經(jīng)過精加工拋光后投入使用，除了可以降低表面粗糙度外，模具的耐磨性也會(huì)相應(yīng)提高。又如3Gr2W8V鋼制壓鑄模具，先滲碳再經(jīng)1140℃-1150℃淬火，550℃回火兩次，表面硬度可達(dá)58-61HRC，使壓鑄有色金屬及其合金的模具壽命提高1.8 - 3.0倍。

滲碳工藝應(yīng)用于模具表面強(qiáng)化的第二個(gè)方面是“碳化物彌散析出滲碳”，簡稱CD滲碳法。它是采用含有大量強(qiáng)碳化物形成元素（如Cr、Ti、Mo、V）的模具鋼在滲碳?xì)夥罩屑訜�，在碳原子自表面向�?nèi)部擴(kuò)散的同時(shí)，滲層中會(huì)沉淀出大量彌
散合金碳化物，如（Cr·Fe）7C3、、（Fe·Cr）3C、V4C3、TiC，從而實(shí)現(xiàn)了CD滲碳。CD法滲碳層中，滲層表面含碳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）高達(dá)2% - 3%，彌散碳化物含量達(dá)50%以上，且碳化物呈細(xì)小均勻分布。CD 滲碳件直接淬火或重新淬火回火后可獲得很高的硬度和優(yōu)異的耐磨性。經(jīng)CD滲碳的模具心部沒有出現(xiàn)象Cr12型模具鋼和高速鋼中的粗大共晶碳化物和嚴(yán)重碳化物偏析，因而其心部韌性比Cr12MoV鋼提高3-5倍。實(shí)踐表明，CD滲碳模具的使用壽命大大超過消耗量占冷作模具鋼首位的Cr12型冷作模具鋼和高速鋼。

在對(duì)各類模具進(jìn)行滲碳處理時(shí)，主要的滲碳工藝方法有固體粉末滲碳、氣體滲碳以及近20年來迅速發(fā)展起來的真空滲碳及離子滲碳。其中，固體滲碳和氣體滲碳應(yīng)用廣泛，但真空滲碳和離子滲碳技術(shù)由于具有滲速快、滲層均勻

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