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摘要：扼要綜述了在模具制造領域中應用較為廣泛的幾類表面工程技術，并對其性能指標和經濟性作了比較。介紹了稀土表面工程技術在模具制造中的應用進展。對納米表面工程技術在模具制造中的應用作了展望。
關鍵詞：模具制造；表面工程技術；稀土表面工程；納米表面工程

引言

國際模具協會專家認為：模具是金屬加工業的帝王。而模具材料又是模具工業的基礎。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。表面工程是當前材料科學與工程領域中表現較為活躍、發展較為迅速的分支。表面工
程具有學科的綜合性，手段的多樣性，廣泛的功能性，潛在的創新性，環境的保護性，很強的實用性和巨大的增效性，因而受到各行各業的重視。表面工程技術在模具制造領域中的應用，在很大程度上彌補了模具材料的不足。

可用于模具制造的表面工程技術十分廣泛，既包括傳統的表面淬火技術、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面強化技術、物理氣相沉積技術（PVD）、化學氣相沉積技術（CVC）、離子注入技術、熱噴涂技術、熱噴焊技術、復合電鍍技術、復合電刷鍍技術和化學鍍技術等。而稀土表面工程技術的進展和納米表面工程技術的興起必將進一步推動模具制造的表面工程技術的發展。表面工程技術應用于模具型腔表面處理，可達到如下目的：

（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，從而提高生產率。

（2）經表面涂層或合金化處理過的碳素工具鋼或低合金鋼，其綜合性能可達到甚至超過高合金化模具材料及硬質合金的性能指標，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）可用于模具的修復等再制造工程。

1 熱擴滲技術

熱擴滲技術是用加熱擴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。其突出特點是擴滲層與基材之間是靠形成合金來結合的，具有很高的結合強度，這是其它涂層方法如電鍍、噴鍍、化學鍍、甚至物理氣相沉積技術所無法比擬的。常用于熱擴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用于各類模具型腔表面的強化。隨著熱擴滲技術的不斷發展，二元乃至多元共滲工藝在模具表面強化中發揮越來越大的作用。對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化中應用最多的幾種熱擴滲工藝。

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，能有效地提高材料的室溫表面硬度、耐磨性和疲勞強度等。滲碳工藝應用于模具表面強化的第一個方面是低、中碳鋼的滲碳。滲碳應用于冷作、熱作和塑料模具上，都能提高模具壽命。對于注塑模，特別是在成形對型腔起磨粒磨損的塑料制品時，可采用20#鋼粗加工成模，進行型腔表面滲碳，再經過精加工拋光后投入使用，除了可以降低表面粗糙度外，模具的耐磨性也會相應提高。又如3Gr2W8V鋼制壓鑄模具，先滲碳再經1140℃-1150℃淬火，550℃回火兩次，表面硬度可達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。

滲碳工藝應用于模具表面強化的第二個方面是“碳化物彌散析出滲碳”，簡稱CD滲碳法。它是采用含有大量強碳化物形成元素（如Cr、Ti、Mo、V）的模具鋼在滲碳氣氛中加熱，在碳原子自表面向內部擴散的同時，滲層中會沉淀出大量彌
散合金碳化物，如（Cr·Fe）7C3、、（Fe·Cr）3C、V4C3、TiC，從而實現了CD滲碳。CD法滲碳層中，滲層表面含碳量（質量分數，下同）高達2% - 3%，彌散碳化物含量達50%以上，且碳化物呈細小均勻分布。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異的耐磨性。經CD滲碳的模具心部沒有出現象Cr12型模具鋼和高速鋼中的粗大共晶碳化物和嚴重碳化物偏析，因而其心部韌性比Cr12MoV鋼提高3-5倍。實踐表明，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。

在對各類模具進行滲碳處理時，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用廣泛，但真空滲碳和離子滲碳技術由于具有滲速快、滲層均勻

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