[摘要]提高模具寿命的方法很多，其中可以通过等离子喷涂陶瓷涂层来提高模具的表面耐磨和耐蚀性能，从而提高模具的使用年限。
[关键词]模具表面，等离子喷涂工艺，陶瓷涂层
1．概述
各种模具使用寿命的提高和生产成本的降低，与所用材质及制造技术有关。由于材料的磨损和腐蚀一般发生在材料的表面，因此可以通过提高材料的表面性能来提高材料的耐磨和耐蚀性能。也可以通过同样的方法来提高模具的寿命。由此可见采用各种表面技术，加强材料表面保护有着巨大的经济意义和社会效益。表面技术主要有以下特点：(1)无需改善整体材料能使表面获得某种理想的功能(如防腐、耐磨、耐高温、抗氧化等)，甚至获得整体材料不能或很难得到的性能；(2)表面成膜、表面合金化及其他表面改性法用材很少，因而可以采用较贵重稀缺的元素或化合物而不会显著增加成本，使工件质量成倍地提高；(3)既可以用来对材料进行保护，又可用来提高模具质量，还可以对模具表面进行修复。常用于提高材料表面性能的表面技术有：表面覆盖技术中的电镀、热喷涂、粘结、涂装等，表面改性技术中的喷丸强化、表面热处理、化学热处理等以及两种或更多种表面技术的复合技术。
2．等离子喷涂工艺
热喷涂技术将具有耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性的陶瓷材料喷涂到金属材料表面，与金属材料牢固结合。具有优异耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性的陶瓷材料与金属材料的高强韧性、可加工性、导电导热性有机地结合起来，发挥两类材料的综合优势，同时满足机械产品对结构性能(强度、韧性等)和环境性能(耐磨、耐腐蚀、耐高温等)的需要，从而可获得理想性能的复合材料。
等离子喷涂将喷涂粉末吹入等离子射流中，利用等离子焰流将喷涂材料加热到熔融或高塑性状态，然后高速撞击工件表面，涂层与基体的结合主要是机械结合，与基体的结合强度一般为30～70MPa。等离子弧具有温度高、能量集中、焰流速度高、稳定性好、可凋节性好等特点，因此等离子喷涂具有零件变形小、工艺稳定、可喷涂材料种类多等优点，特别适用于喷涂硬度高、耐高温的氧化物陶瓷材料。在各种陶瓷涂层的制备方法中，等离子喷涂技术不需要大规模的装置，具有涂层形成速度快、喷涂材料不受限制等优点。
3．陶瓷涂层的性能
3．1耐腐蚀性能
陶瓷材料一般都具有优异的耐腐蚀性能，由于等离子喷涂可选用的陶瓷材料范围很广，因此涂层成分比较容易调整。通过合理的涂层成分设计，等离子喷涂陶瓷层就能在不同的腐蚀介质中，特别是在高温氧化、金属熔体侵蚀、炉渣侵蚀、熔盐腐蚀、特种腐蚀等环境中，显示出独特的优势，甚至是不可替代的。然而陶瓷涂层中存在1％～10％的孔隙，因此，为了避免腐蚀介质渗入涂层空隙直接接触金属基体，必须对陶瓷涂层作封孔处理。
3．2耐磨性能
由于陶瓷涂层具有很高的硬度，涂层的空隙又具有良好的储油或润滑剂的功能以及可选择具有一定减磨功能的材料制作陶瓷，因此，陶瓷涂层除了具有优异的耐腐蚀性能外，还具有突出的耐摩擦、耐磨损性能。
涂层的耐磨性能在很大程度上取决于涂层材料的硬度和涂层的厚度，等离子喷涂陶瓷涂层的厚度通常能达到几百微米。例如：常用的等离子喷涂陶瓷层A120，，其硬度可达1000～1100HV，Cr203的硬度通常有1400～1800HV。在高温条件下陶瓷涂层的各项性能基本不受影响，这对于提高热作模具的寿命有很大的帮助。腐蚀磨损是一种常见而又复杂的磨损形式，是腐蚀和磨损同时对材料产生作用的结果，是塑料模具的主要失效形式之一。工作环境对腐蚀磨损的影响很大，环境、温度、介质、载荷大小等稍有变化就可能使腐蚀磨损发生很大的变化。而等离子喷涂陶瓷涂层具有较高的硬度，优异的耐腐蚀性能和高温稳定性，完全可以用于模具表面以减缓材料表面的破坏速度。
4．模具表面陶瓷涂层的应用
从喷涂工艺特点及喷涂材料表面硬度高，耐磨耐蚀性强等特性来看，表面喷涂陶瓷材料理论上完全可以应用于模具材料。针对不同的模具(粉末冶金模，冲压模具，成型模，拉伸模，锻压模及注塑模等)和零件所采用的涂层工艺，可显着提高表面的硬度，耐磨性，耐蚀性，耐热性及其润滑性等；并能方便脱模，大力地提升模具和零件的品质(如表面粗糙度，精度等)和使用寿命，使其有效地发挥产品的潜能。目前，在模具行业广泛应用热喷涂厚度一般为0．1mm～0．3mm，它不仅可用于表面强化，还可用于模具磨损超差时的修复。Cr。：MoV汽车风扇皮带轮模具经等离子喷涂处理后，其寿命可提高10倍以上，且产品质量优良。广东科龙模具有限公司采用超音速喷涂硬质合金工艺，使不锈钢拉延模修复模频率从500件／次提高到7000件／次，寿命提高3～8倍。
广东佛陶集团陶瓷研究所也开展了陶瓷涂层在模具表面的应用研究项目，其主要内容是与香港城市大学合作，共同开发硬质耐磨涂层材料在模具上的应用，利用耐磨涂层，减少粉料与模壁之间的磨擦，避免粘模现象，有效延长模具的寿命。
然而，目前等离子喷涂技术在我国不但推广速度较慢而且应用面较窄。2003年我国热喷涂产业创造的产值约为16亿元人民币，等离子喷涂技术创造的产值就更少了，等离子技术在模具行业的应用也主要局限于模具表面的修复。
等离子喷涂将陶瓷材料喷涂到模具(金属材料)表面，将具有优异耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性的陶瓷与金属的高强韧性、可加工性、导电导热性有机地结合起来，充分发挥了两者的综合优势，同时满足了模具对结构性能（强度、韧性等)和环境性能（耐磨、耐腐蚀、耐高温等)的要求，是一种理想的复合材料。因此可以相信只要建立起完善的市场机制，增强环保意识，充分认识喷涂技术的优越性，就一定能使我国的等离子喷涂技术得到迅速推广和广泛应用。
参考文献略
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