模具制造领域中的表面工程技术应用综述

摘要：扼要综述了在模具制造领域中应用较为广泛的几类表面工程技术，并对其性能指标
和经济性作了比较。介绍了稀土表面工程技术在模具制造中的应用进展。对纳米表面工程技
术在模具制造中的应用作了展望。

 

关键词：模具制造；表面工程技术；稀土表面工程；纳米表面工程

 

引言

 

国际模具协会专家认为：模具是金属加工业的帝王。而模具材料又是模具工业的基础。但即
使是新型模具材料仍难以满足模具的较高综合性能的要求。表面工程是当前材料科学与工程
领域中表现较为活跃、发展较为迅速的分支。表面工

 

程具有学科的综合性，手段的多样性，广泛的功能性，潜在的创新性，环境的保护性，很
强的实用性和巨大的增效性，因而受到各行各业的重视。表面工程技术在模具制造领域中的
应用，在很大程度上弥补了模具材料的不足。

 

可用于模具制造的表面工程技术十分广泛，既包括传统的表面淬火技术、热扩渗技术、堆焊
技术和电镀硬铬技术，又包括近

20 年来迅速发展起来的激光表面强化技术、物理气相沉积

技术（

PVD）、化学气相沉积技术（CVC）、离子注入技术、热喷涂技术、热喷焊技术、复合

电镀技术、复合电刷镀技术和化学镀技术等。而稀土表面工程技术的进展和纳米表面工程技
术的兴起必将进一步推动模具制造的表面工程技术的发展。表面工程技术应用于模具型腔表
面处理，可达到如下目的：

 

（

1）提高模具型腔表面硬度、耐磨性、耐蚀性和抗高温氧化性能，大幅度提高模具的使用寿

命。提高模具型腔表面抗擦伤能力和脱模能力，从而提高生产率。

 

（

2）经表面涂层或合金化处理过的碳素工具钢或低合金钢，其综合性能可达到甚至超过高

合金化模具材料及硬质合金的性能指标，从而可大幅度降低材料成本。

 

（

3）可以简化模具制造加工工艺和热处理工艺，降低生产成本。 

（

4）可用于模具型腔表面的纹饰，以提高制品的档次和附加值。 

（

5）可用于模具的修复等再制造工程。 

1 热扩渗技术 
热扩渗技术是用加热扩散的方式使欲渗金属或非金属元素渗入金属材料或工件的表面，从
而形成表面合金层的工艺。其突出特点是扩渗层与基材之间是靠形成合金来结合的，具有很
高的结合强度，这是其它涂层方法如电镀、喷镀、化学镀、甚至物理气相沉积技术所无法比拟
的。常用于热扩渗的合金元素包括碳、氮、硅、硼、铝、钒、钛、钨、铌、硫等。上述元素都已在不同
程度上应用于各类模具型腔表面的强化。随着热扩渗技术的不断发展，二元乃至多元共渗工
艺在模具表面强化中发挥越来越大的作用。对不同渗入元素或不同模具种类而言，最佳渗入
工艺也不尽相同，这里介绍在模具表面强化中应用最多的几种热扩渗工艺。

 

1.1 渗碳 
渗碳具有渗速快、渗层深、渗层硬度梯度与成分梯度可方便控制、成本低等特点，能有效地提
高材料的室温表面硬度、耐磨性和疲劳强度等。渗碳工艺应用于模具表面强化的第一个方面
是低、中碳钢的渗碳。渗碳应用于冷作、热作和塑料模具上，都能提高模具寿命。对于注塑模，
特别是在成形对型腔起磨粒磨损的塑料制品时，可采用

20#钢粗加工成模，进行型腔表面

渗碳，再经过精加工抛光后投入使用，除了可以降低表面粗糙度外，模具的耐磨性也会相
应提高。又如

3Gr2W8V 钢制压铸模具，先渗碳再经 1140

℃-1150℃淬火，550℃回火两次，

表面硬度可达

58-61HRC，使压铸有色金属及其合金的模具寿命提高 1.8 - 3.0 倍。 

渗碳工艺应用于模具表面强化的第二个方面是

“碳化物弥散析出渗碳”，简称 CD 渗碳法。它

是采用含有大量强碳化物形成元素（如

Cr、Ti、Mo、V）的模具钢在渗碳气氛中加热，在碳