模具製造表麵工程技術的進展

       模具材料是模具工業(ye) 的基礎，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，采用表麵工程技術可在一定程度上彌補模具材料的不足。可用於(yu) 模具製造的表麵工程技術十分廣泛，既包括傳(chuan) 統的表麵淬火技術、熱擴滲技術、堆焊技術和電鍍硬鉻技術，又包括近20年來迅速發展起來的激光表麵強化技術、物理氣相沉積技術、化學氣相沉積技術、離子注入技術、熱噴塗技術、熱噴焊技術、複合電鍍技術、複合電刷鍍技術和化學鍍技術等。而稀土表麵工程技術和納米表麵工程技術的進展必將進一步推動模具製造的表麵工程技術的發展。在此僅(jin) 介紹稀土表麵工程技術和納米表麵工程技術。 

1、稀土表麵工程技術 

表麵工程技術中加入稀土元素通常采用化學熱處理、噴塗噴焊、氣相沉積、激光塗覆、電沉積等方法。 

(1)稀土元素對化學熱處理的影響主要表現為(wei) 有顯著的催滲作用，大大優(you) 化工藝過程；加入少量稀土化合物，滲層深度可以明顯增加，改善滲層組織和性能。從(cong) 而提高模具型腔表麵的耐磨性、抗高溫氧化性的抗衝(chong) 擊磨損性。 

(2)利用熱噴塗和噴焊技術，將稀土元素加入塗層，可取得良好的組織與(yu) 性能，使模型腔表麵具有更高的硬度和耐磨性。 

(3)物理氣相沉積膜層性能的優(you) 劣和膜與(yu) 基體(ti) 結合強度大小密切相關(guan) ，稀土元素的加入有利於(yu) 改善膜與(yu) 基體(ti) 的結合強度，膜層表麵致密度明顯增大。同時，加入稀土元素可以使膜層耐磨性能也得到明顯改善，例如應用於(yu) 模具表現的超硬TiN膜(加入稀土元素)，使模具型腔表麵呈現出高硬度、低摩擦係數和良好的化學穩定性，提高了模具的使用壽命。 

(4)含稀土化合物的塗覆層，可大幅度提高模具金屬材料表麵對激光輻照能量的吸收率，對降低能耗和生產(chan) 成本，以及推廣激光表麵工程技術都有重要意義(yi) 。稀土塗覆層經激光處理後，組織和性能發生明顯改善，塗覆層的硬度和耐磨性顯著提高，耐磨性是45鋼調質的5～6倍。對加入CeO2的熱噴塗層進行激光重溶，研究發現合金化層的顯微組織明顯改變，晶粒得到細化。激光重熔加入稀土後的噴焊合金，稀土化合物質點在其中彌散強化，降低晶界能量，提高晶界的抗腐蝕性能，模具型腔表麵的耐磨性也大大增強，有的文獻報道稀土元素提高了耐磨性達1～4倍。另外，有研究發現，加入混合稀土化合物的效果優(you) 於(yu) 單一稀土化合物。 

(5)把稀土元素加入鍍層可采用電刷鍍、電鍍等電沉積方法。稀土甘氮酸配合物的加入使鍍層防氧鈍化壽命明顯提高；稀土元素有催化還原SO2的作用，可以抑製Ni-Cu-P/MoS2電刷鍍鍍層中MoS2的氧化，明顯改善了鍍層的減摩性能，提高了抗腐蝕的能力，使模具型腔表麵的耐磨壽命延長近5倍。 

2、納米表麵工程技術 

納米表麵工程是以納米材料和其它低維非平衡材料為(wei) 基礎，通過特定的加工技術、加工手段，對固體(ti) 表麵進行強化、改性、超精細加工，或賦予表麵新功能的係統工程。納米表麵工程技術是極具應用前景和市場潛力的。 

(1)製作納米複合鍍層。在傳(chuan) 統的電鍍液中加入零維或一維納米質點粉體(ti) 材料可形成納米複合鍍層。用於(yu) 模具的Cr-DNP納米複合鍍層，可使模具壽命延長、精度持久不變，長時間使用鍍層光滑無裂紋。納米材料還可用於(yu) 耐高溫的耐磨複合鍍層。如將n-ZrO2納米粉體(ti) 材料加入Ni-W-B非晶態複合鍍層，可提高鍍層在550-850℃的高溫抗氧化性能使鍍層的耐蝕性提高2～3倍，耐磨性和硬度也都明顯提高。采用Co-DNP納米複合鍍層，在500℃以上，與(yu) Ni基、Cr基Co基複合鍍層相比，工件表麵的高溫耐磨性能大為(wei) 提高。在傳(chuan) 統的電刷鍍溶液中，加入納米粉體(ti) 材料，也可製備出性能優(you) 異的納米複合鍍層。 

(2)製作納米結構塗層。熱噴塗技術是製作納米結構塗層的一種極有競爭(zheng) 力的方法。與(yu) 其它技術相比，它有許多優(you) 越性：工藝簡單、塗層和基體(ti) 選擇範圍廣，塗層厚度變化範圍大、沉積速率快，以及容易形成複合塗層等等。與(yu) 傳(chuan) 統熱噴塗塗層相比，納米結構塗層在強度、韌性、抗蝕、耐磨、熱障、抗熱疲勞等方麵都有顯著改善，且一種塗層可同時具有上述多種性能。