技术创新 南珲：科技２ｏｏ８年第２期１ １ ０
模具材料表面耐磨处理的现状与发展 阿曼・加帕尔 刘 湘 巴吾东 （新疆大学机械工程学院） 摘要先进表面工程技术是当代科技的交叉领域和发展前沿，成为现代高新技术领域和先进制造业的重要前沿之一，是提高模 具材料表面耐磨性的主要技术本文针对提高模具表面耐磨性能的现代表面工程技术的发展前景及方向进行了分析和探讨 关键词表面工程耐磨热扩渗气相沉积激光束表面强化稀土纳米 随着模具成形加工技术的不断发展，对模具材料的要求越来越 高，而』Ｊｕ工的专¨化与产业化，要求尽量降低材料及加工费用。尽管 研制开发出了多种系列新型模具材料，并对原有模具钢的热处理工艺 进行了改进与优化，但仍然满足不了模具高性能．低成木的要求。凶 此，将表面工程技术应用于模具』Ｊｕ工与制造领域，在很大程度上能弥 补模具材料的不足．．能应用于模具制造的表面工程技术范围非常广 泛，也括传统的表面淬火、热扩渗 堆焊及电镀硬铬技术，迅速发展 起来的激光表面强化技术、物理气相沉积技术、化学气相沉积技术、 离子注入技术、热喷涂技术 电刷镀技术及化学镀技术。剐时，传统 的表面工程技术也得到了不断的完善与发展“ 。本文对儿种应用较广 泛的表面工程技术』ＪｌＪ以介绍，同时对稀土表面工程技术和纳米表面工 程技术两种新技术做一简单分析 １ 常用模具表面处理技术 表面工程技术应用于模其表面耐磨处理较为广泛的方法主要有热 扩渗技术 气相沉积技术、激光束表面强化技术等。 １．１热扩渗技术 用』Ｊｕ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 表面，从而形成合金层的工艺，其突出特点从是扩渗层与基材之ｆＨＪ形 成合金方式结合（即冶金结合），具有很高的结合强度 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，一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Ｉｌ＿ｌ＝】渗入元素或不Ｉ列模其种类而言，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儿种热扩渗工艺 （１）渗碳：渗碳具有渗速怏、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、中碳钶ｑ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 ’ （２）气体法低温热扩渗：气体法低温表面热扩渗工艺在模具的 表面强化处理中占有十分重要的地位。常用的扩渗工艺有渗氮、软氮 化（铁素体氮碳共渗）、氧氮共渗、硫氮共渗乃至硫碳氮、氧氮硫ｉ元 共渗等方法。 １ ２气相沉积技术 气相沉积技术是一种应用广泛、发展迅速的表面涂覆技术： 可用 于制备各干噜１特殊力学性能（高耐蚀、抗氧化、耐热等）的涂层，也可用 来制备各种功能材料涂层及装饰涂层。按成膜机理有物理气相沉积与 化学气相沉积两大类。 （１）物理气相沉积：它是将金属、合金或化合物放在真空室中 蒸发，使这些气相原子或分子在一定条件下在模其表面上沉积的工艺 称为物理气相沉积。物理气相沉积可分为真空蒸镀、阴极溅射镀和离 子镀３类，它具有处理温度低、沉积速度怏、无公害等特点，十分适 合模具的表面强化，可大大提高模具的使用寿命” 。 （２）化学气相沉秘：它是采用化学方法使反应气体在模具基材 表面发生化学反应形成覆盖层的方法，可获得超硬耐磨镀层，是提高 模具使用寿命的有效途径 如对冲压模、粉末冶金模、陶瓷模、铁氧 体模，塑料模等进行处理均能得到很好的效果，特男ＩＪ是塑料模 在磨 损、腐蚀，脱模等方面，对模具提出了更高的要求 １．３激光束表面强化技术 激光表面处理技术于２【Ｊ世＿￣ｄＴｏ年代初研制出了大功率激光器之 后，激光表面处理技术才获得实际应用，并在近十年内得到了迅速发 展。激光表面处理技术在材料表面形成一定厚度的处理层，使材料表 面性能发生改变，从而提高零件的耐磨、耐蚀 耐疲劳等一系列性 能 激光表面处理技术主要包括激光淬火 激光退火、激光冲击硬 化、激光熔化凝固硬化、激光上釉、激光合金化、激光熔覆和激光气 相沉积等技术。下面介绍其中两种： （１）激光表面淬火 ：激光表面淬火技术作为模具热处理工艺日 趋成熟，尤其在冷冲模的制造ＪＪｕ工中得到较广泛的应用。其基本机理 是以的高能量激光束短时间照射工件表面． 受激光照射的表层区域被 急速加热至相变温度以上形成奥氏体，此时材料基体仍处于冷态，且 与加热区之间有很陡的温度梯度，当激光不再照射加热区会急速冷却 而发生马氏体转变，从而导致工件表层实现自冷淬火，获得相变硬 化 ” （２）激光合金化：激光合金化技术用激光束照射覆着一种或数 种纯金属或合金涂层的工件表面，在基材上形成熔池，使金属或合金 元素因表面张力和温度梯度引起机械搅拌以及在熔池中的扩散，可在 极短时问 溶于一层厚度为的熔化层内，形成具有要求深度和化学成 分的表面合金，达到表面合金化的目的。利用激光合金化技术可在一 些表面性能差、价格便宜的基体金属表面制出耐磨、耐蚀、耐高温的 合金表面，用以代替昂贵的整体高级合金 ， ２表面工程新技术 ２１稀土表面工程技术 稀土元素作为渗剂的一种成分，在化学热处理中具有明显的催渗 作用 稀土元素虽然具有ｌ：￣Ｆｅ大５０％的原子半径，但在发生极化后， 有可能改变其半径，从而渗入模具钢的表层，起到微合金化的作用．． 氮化层中，稀土元素可抑制波纹状氮化物的出现，氮化层组织致密， 氮化物的尺寸、形状及分布有所改善，从而使普通氮化处理模具的耐 磨性明显提高，摩擦系数也有一定降低。表面工程技术中加入稀土元 素通常采用化学热处理、气相沉积、激光涂覆等方法。①稀土元素对 化学热处理的影响主要表现为有显著的催渗作用，人人优化工艺过 程；加入少量稀土化合物，渗层深度可以明显增ＪＪｕ，改善渗层组织和 性能。从而提高模其型腔表面的耐磨性、抗高温氧化性的抗冲击磨损 性．．②物理气相沉积膜层性能的优劣和膜与基体结合强度大小密切丰Ｈ 关，稀土元素的加入有利于改善膜与基体的结合强度，膜层表面致密 度明显增大。同时，加入稀土元素可以使膜层耐磨性能也得到明显改 善，例如应用于模具表现的超硬ＴｉＮ膜（加入稀土元素），使模其型腔 表面呈现出高硬度、低摩擦系数和良好的化学稳定性，提高了模具的 使用寿命。③含稀土化合物的涂覆层，可以大幅度提高模具金属材料 表面对激光辐照能量的吸收率，对降低能耗和生产成本以及推广激光 表面工程技术都有重要意义 ，稀土涂覆层经激光处理后，组织和性能 发生明显改善，涂覆层的硬度和耐磨性显著提高””。 ２．２纳米表面工程技术 纳米级颗粒材料在电镀技术中的应用，使得复合电镀技术在机械 零件表面处理与强化处理等方面呈现出强大的生命力 在镀液中加入 含纳米颗粒的物质而形成纳米复合涂层 纳米复合涂层能有效地提高 涂层与基体之『甘Ｊ的结合强度，改善涂层１人】应力的分布及裂纹的扩展方 向 （１）制作纳米复合镀层：在传统的电镀液中』ＪＩ１入零维或一维纳米 质点粉体材料可形成纳米复合镀层 ，用于模具的纳米复合镀层，可使 模具寿命延长，精度持久不变，长时 使用镀层光滑无裂纹 纳米材 料还可川于耐高温的耐磨复合镀层 （
《装备制造技术）２ｏｌｏ年第４期
电火花表面处理技术在模具上的应用
徐东，胡荣奖，方志刚
（台州学院机械工程学院，浙江台州３１８０００）
摘要：阐述了模具表面处理的重要性及主要的处理方法，着重介绍了电火花表面处理技术的特点、原理、应用实例，以及与激光表面
处理技术的比较；模具表面电火花处理技术具有简易高效、成本低廉、节能环保等诸多优点，很有实用价值，是一种特别适合在作为 “模具之乡”台州的模具制造产业中发展和推广的表面处理技术。 关键词：电火花；模具；表面处理
中图分类号：ＴＧ７６ 文献标识码：Ｂ
模具工业在国民经济发展中，具有极为重要的作用，被称
为“工业之母”。众所周知，模具在使用中会被磨损。比如，冷冲
模具在磨损之后刃口变钝，模具配合间隙扩大，导致冲件毛刺 增加而必须卸模进行刃磨。一副模具的刃磨次数是有限的，两
次刃磨之间的冲件数量越多，说明模具的使用寿命越长，所以
要求模具具有高的耐磨性能。
１ 模具表面处理的重要性
为了延长模具的寿命，使模具不至于过早失效，必须使模
具（尤其是型腔面）具有高硬度、耐磨、耐腐蚀、抗疲劳和抗高
温氧化性能。除了正确选用模具材料、保证加工精度和表面粗
糙度之外，对模具进行表面强化处理，也是至关重要的。对模
具真正承受磨损作用的特定部位，进行表面强化，正所谓“用
劲用在点子上”，可以大幅度延长和提高模具的使用寿命。根
据有关资料介绍，从影响模具失效因素分析，获知热处理因素
（表面处理因素）占５２％。因此，表面强化技术，是充分发挥模 具潜力、提高其使用性能的一条行之有效的途径，也是国内外
模具技术的主要发展方向之一。在美、日等国家，表面强化技
术已广泛被用于提高塑料模具钢表面的抗磨、抗蚀性，从而显
著提高了模具使用寿命，拓宽了模具钢的应用范围。
模具在长期的服役过程中，还不可避免地会产生失效。模
具的失效主要表现在尺寸、形状和功能等方面，失效形式主要
有表面磨损、断裂和变形。模具的失效，不仅影响产品的质量，
模具表面处理工艺
一、喷涂处理
喷涂处理是一种在模具表面喷涂一层耐磨、耐腐蚀、耐高温等涂层的工艺。该工艺可以改善模具表面的性能，提高模具的使用寿命和精度。喷涂工艺包括喷锌、喷塑、喷铝等。
二、电镀处理
电镀处理是一种利用电解原理，在模具表面电镀一层金属或合金薄膜的工艺。该工艺可以赋予模具表面耐磨、耐腐蚀、导电等特性，提高模具的表面质量和性能。电镀工艺包括镀铬、镀镍、镀铜等。
三、激光强化
激光强化是一种利用高能激光束对模具表面进行扫描，使表面材料快速熔化、凝结，达到强化表面的工艺。该工艺可以提高模具表面的硬度、耐磨性等性能，延长模具的使用寿命。激光强化还可以用于修复模具表面缺陷和损伤。
四、渗氮处理
渗氮处理是一种在一定温度和压力下，将氮原子渗入模具表面的工艺。该工艺可以提高模具表面的硬度和耐腐蚀性，同时可以提高模具的耐磨性和抗疲劳性。渗氮处理适用于耐磨性要求较高的模具。
五、镀铬处理
镀铬处理是一种在模具表面电镀一层金属铬的工艺。该工艺可以赋予模具表面高度的硬度和耐磨性，同时可以提高模具的抗腐蚀性和抗疲劳性。镀铬处理适用于耐磨性要求较高的模具。
六、喷丸处理
喷丸处理是一种利用高速气流将弹丸喷射到模具表面，使表面材料发生塑性变形的工艺。该工艺可以改善模具表面的粗糙度和形状精度，同时可以提高模具的抗疲劳性和耐磨性。喷丸处理适用于各种类型的模具。
七、氧化处理
氧化处理是一种将金属表面氧化成氧化膜的工艺。该工艺可以提高模具表面的硬度和耐磨性，同时可以增强模具的抗腐蚀性和抗氧化性。氧化处理适用于钢铁、铝合金等金属材质的模具。
八、抛光处理
抛光处理是一种利用抛光机械对模具表面进行抛光加工的工艺。该工艺可以改善模具表面的粗糙度和形状精度，同时可以提高模具的抗腐蚀性和抗疲劳性。抛光处理适用于各种类型的模具。
九、渗碳处理
渗碳处理是一种在高温下将碳原子渗入模具表面的工艺。该工艺可以提高模具表面的硬度和耐磨性，同时可以增强模具的抗疲劳性和韧性。渗碳处理适用于低碳钢、低碳合金钢等材质的模具。
【毕业论文选题】模具毕业论文题目
模具作为工业生产的重要基础工艺装备，在现代制造业中扮演着举足轻重的角色。对于即将毕业的学生来说，选择一个合适的模具相关毕业论文题目至关重要。一个好的题目不仅能够体现学生对专业知识的掌握程度，还能够为未来的职业发展打下坚实的基础。下面将为大家介绍一些模具毕业论文的题目，希望能够为同学们提供一些灵感和帮助。
一、模具设计与制造方面
（一）注塑模具设计
1、 《薄壁注塑模具的结构优化设计》
随着塑料制品在电子、医疗等领域的广泛应用，薄壁注塑件的需求日益增加。薄壁注塑模具在成型过程中面临着诸多挑战，如填充困难、翘曲变形等。本课题旨在通过对薄壁注塑模具的结构进行优化设计，如浇口位置、冷却系统等，以提高制品的质量和生产效率。
2、 《汽车内饰件注塑模具的创新设计》
汽车内饰件的质量和外观对于提升汽车的整体品质至关重要。本课题将针对汽车内饰件的特点和要求，进行注塑模具的创新设计，包括模具结构、成型工艺等方面，以满足汽车行业对内饰件的高标准需求。
（二）冲压模具设计 1、 《高强度钢板冲压模具的磨损分析与优化》
高强度钢板在汽车、航空航天等领域的应用越来越广泛，但在冲压过程中容易导致模具磨损。本课题将通过对高强度钢板冲压模具的磨损进行分析，建立磨损模型，并提出相应的优化措施，以延长模具的使用寿命。
2、 《多工位级进冲压模具的设计与开发》
多工位级进冲压模具具有生产效率高、精度高等优点。本课题将研究多工位级进冲压模具的设计方法和开发流程，包括排样设计、模具结构设计等，以实现复杂冲压件的高效生产。
（三）模具制造工艺
1、 《模具电火花加工工艺参数的优化研究》
电火花加工是模具制造中常用的一种特种加工方法。本课题将通过实验研究，优化电火花加工的工艺参数，如放电电流、脉冲宽度等，以提高加工效率和表面质量。
2、 《模具高速铣削加工表面质量的影响因素分析》
高速铣削加工在模具制造中的应用越来越广泛。本课题将分析高速铣削加工中刀具路径、切削参数等因素对模具表面质量的影响，为实际加工提供理论依据和指导。
