【摘 要】模具是制造业的基础工序，模具表面涂层技术是模具制造领域的重要环节，也是关系到模具性能指标的关键因素，为此，本文将从模具的表面涂层技术谈起，对稀土材料涂层技术、纳米材料涂层技术等进行介绍，并从中对其技术的多样性和综合性特点进行探讨，提出表面涂层工程技术的未来发展趋势。
【关键词】模具制造;表面涂层技术;稀土材料;纳米材料;发展趋势
近些年来发展起来的激光强化技术、物理气相沉积技术、化学气相沉积技术、热喷涂技术、复合电镀技术等，都为模具制造表面工程技术的发展注入了新的发展，本文将结合当前各行业在模具表面处理工程技术中的应用实际，就其技术特点和未来发展趋势展开阐述。
1.对模具表面实施涂层技术的意义与目的
模具在生产加工工业的应用十分广泛，而对模具表面的涂层技术的实施，不仅能够提高模具的使用寿命，还有助于提升模具的性能和质量，因此，展开对模具制造表面工程技术的研究具有重要的现实意义，主要体现在以下几点：一是从模具型腔的表面强度、耐磨性和耐腐蚀性等方面来说，可以提高模具型腔的抗擦伤能力，提高模具的使用效率；二是经过表面涂层处理的模具，可以大大提升模具材料的性能指标，如使用合金化的碳素钢涂层可以提高表面刚度，降低材料成本；三是可以增加模具型腔的纹饰特征，提升产品档次和附加值；四是有助于对模具的修复处理和再加工。
2.常用的模具表面涂层技术特点
2.1 热扩渗技术
所谓热扩渗技术就是通过对金属或非金属采用加热扩散的方式使其渗入金属材料或工件的表面，从而增强材料表面的工艺性能。 在工业生产加工领域常用的热扩渗合金元素有碳、硅、硼、钒、钛、铝、硫等，同时，为了实现更加特殊的性能指标，也常用将不同元素通过二元乃至多元共渗的工艺技术来增强涂层表面的强度和性能，由于热扩渗技术是靠形成合金的形式来结合的，因此比一般的电镀和喷涂等技术的性能指标更高。 常见的热扩渗工艺有：
2.1.1 渗碳工艺介绍
渗碳工艺因其便于操作、成本低廉等特性应用比较广泛，主要是为了提升材料表面在室温下的强度、耐磨度等，渗碳技术在塑料模具上的应用，可以有效提高模具的使用寿命，比尔利用 3Gr2W8V 钢制压铸模具，经过渗碳后在淬火回火两次，可以大大提高表面硬度，同时也可以使其寿命提高近 3 倍。 同时，在渗碳工艺中，不仅有固体粉末渗碳法，也有气体渗碳法，以及在精密模具表面涂层技术中常用的真空渗碳法和离子渗碳法，它们因渗速快、渗层均匀，以及碳浓度梯度平缓等特点发挥着重要的作用。
2.1.2 热喷涂与喷焊技术介绍
热喷涂技术主要是利用高速气流将处于熔融或半熔融状态的喷涂材料喷射到模具或工件表面，使其形成具有耐磨、耐腐蚀、抗高温等特性的表面涂层技术， 由于热喷涂材料与基材之间的结合差异性，其强度难以提高，为此，对涂层与基材进行重新熔融使之形成合金的热喷焊技术就应运而生，它是利用氧气、乙炔气火焰在模具表面使涂层与基材相互熔接来提高其强度、延长使用寿命的有效方法。
2.2 气相沉积技术介绍
2.2.1 物理气相沉积技术
利用物理的方法，在真空条件下，使喷涂材料以原子或分子的形式沉积在基材表面的过程就是物理气相沉积技术，如真空蒸镀、真空溅射、离子镀等，在工业生产上应用广泛。
2.2.2 化学气相沉积技术
所谓化学气相沉积技术就是利用膜层中个元素化学特性，如挥发性，在基材加热过程中产生气相化学反应，从而在表面形成由化合物组成的沉积层，如在氮化物、碳化物等超硬膜的沉积都是化学气相沉积的典型应用。
2.3 复合电镀技术
电镀技术的应用主要是为了提高工器件的耐高温、耐腐蚀，以及耐磨损等特性，比如采用金刚石颗粒的复合镀层用于模具表面，从而提高其耐磨性。 同时，近些年来所使用的合金镀层，如 Ni-Fe、Ni-Mn、Ni-P 镀层等，将对工器件表面的硬度大大提升 ，采用硬 Cr 层的耐磨性将比纯 Cr 层的耐磨性高近 3 倍。
2.4 复合电刷镀技术
通过对镍、钴、二氧化锆进行复合而成的电刷镀液，能够使得模具的型腔表面硬度大大提高，而且与基材结合紧密，抛光效果好，成本低廉等特点，在冲压模具、注射模具，以及热锻模具中广泛应用，如在模具型腔表面电刷镀 0.01-0.02mm 的非晶态镀层，可对模具的使用寿命延长一倍。
2.5 化学镀技术
采用化学镀技术的镀层由于外加电流的影响，对形状复杂的型腔表面的沉积均匀等特点，主要应用于注塑模具或压铸模具中，如化学镀 Ni-P 层，以其接近合金的高硬度和耐磨度，在工业生产上发挥着重要作用。
2.6 高能束技术
在工业技术中利用激光束、离子束和电子束等高能束技术，来对基件材料表面进行加热，由于其加热速度非常快，对于基体在受热过程中的形状和性能也不会产生影响，因此，借助于三大高能束能够对模具型腔表面进行表面改性，如采用激光表面合金化技术，激光表面熔覆技术等，能够大大降低型腔表面粗糙程度，减少磨损。
3.稀土表面工程技术应用
稀土材料在模具表面涂层技术中的应用是十分普遍的，因其能够改善表面化学热处理技术、喷涂技术、以及沉积技术的性能和特点，如增强耐磨性、抗高温性，以及耐冲击性。 在物理气相沉积技术应用中，通过加入一定量的稀土材料， 不仅可以改善膜与基体的结合强度，还能增强表面的致密度，生产中加入一定量的超硬 TiN 膜，可以大大提升模具表面的硬度和化学稳定性，降低其摩擦系数，提高模具的使用寿命。
同时，在研究中发现，通过在涂层中增加稀土材料，可以提高模具表面对激光的吸收率，这对于降低能耗和生产成本，改善激光表面处理技术具有重要意义。 在采用电刷镀技术等沉积方法时，通过加入稀土材料，可以实现对镀层的防氧化效用，比如稀土材料在加热状态下能够对 SO2具有催化作用，将明显改善其镀层的摩擦力。
4.未来纳米技术在模具表面涂层技术中的应用及展望
纳米技术作为新兴技术在工程材料中的应用， 以其特殊的加工技术和手段，能够对固体表面进行超精细加工，并对其表面进行有效的强化和改良，因此具有重要的应用前景。 随着纳米技术的不断发展，在模具表面涂层技术的应用将更加深入，特别是热喷涂技术的成熟，使得纳米结构的涂层在使用上更具有韧性和耐磨性，抗腐蚀及抗热疲劳等特性，将在未来的精密模具型腔表面处理中发挥其更多的作用。
总之，通过对模具表面工程技术中的各项涂层技术进行分析和比较，从中可以得出，针对一定要求的设计工艺，结合相应的材料特性要求，合理的选择有效的表面涂层技术是首要前提，同时，也要充分考虑到对改善涂层工艺的经济性原则，以实现既能满足工艺要求，又能符合成本要求的工艺技术作为实际使用的解决途径。
参考文献略
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