表面工程技術在模具制造中的應用

李顯寬

摘 要：作為一門科學與技術，表面工程能夠有效的改善電子電器元件、機械零件等基質材料表面的性能。如今，表面工程中的各項表面技術已經被廣泛的應用到各類機電產品當中，顯然已經成為了現代制造技術的重要組成部分，是當前維修、再制造環節中是基本手段。文章首先對模具表面的主要處理技術進行了詳細的闡述，其次對表面工程技術在模具制造中的應用進行了系統的分析與探討。

關鍵詞：模具制造；表面工程技術；應用

作為模具工業的基礎，模具材料隨著模具工業的迅猛發展，其不但需要具備較高的韌性、強度之外，還需要具有良好的綜合性能。通過表面工程技術的應用，不僅能讓模具表面的各種性能得到相應的提高，并且模具內部也將保持著足夠的強韌性。顯然，它的應用對于模具綜合性能的改善、材料潛力的發揮、成本的降低、合金元素的節約以及模具新材料的進一步利用來說，都十分有效。

1 模具表面的主要處理技術

1.1 硬化膜沉積技術

物理氣相沉積技術、化學氣相沉積（CVD）是目前較為成熟的硬化膜沉積技術。硬化膜沉積技術在最早出現的時候，通常都是應用在刀具、量具等工具上，有著極佳的效果。并且，很多刀具都已經將涂覆硬化膜當做成最為標準的工藝。在目前的實際應用過程中，我們不難發現，硬化膜沉積技術的成本是較高的，尤其體現在設備的成本上。同時，硬化膜沉積技術依舊只應用于一些較精密且具有長壽命的模具上，如果通過建立熱處理中心的方式來對其應用，必定會大大降低涂覆硬化膜的成本。顯然，在硬化膜沉積技術的應用下，整個模具制造的水平將得到實質性的提高。

1.2 滲氮技術

在整個滲氮工藝中，具有離子滲氮、液體滲氮、氣體滲氮等多種方式，而每一種不同的滲氮方式中都具有諸多不同的滲氮技術，這些不同的技術能夠有效的適應不同工件、不同鋼種的實際要求。另外，由于滲氮技術能夠有效的形成性能較為優良的表面，并且滲氮的溫度較低，在滲氮后并不需要激烈的冷卻，而模具的變形也很小，加之滲氮工藝和模具鋼淬火工藝之間具有良好的協調性。因此，在模具的制造過程中，滲氮技術不但是采用最早的表面處理技術，同時也是得到最廣泛應用的表面處理技術。

1.3 滲碳技術

在提高模具整體強韌性的過程中，滲碳技術的應用能夠很好的達到這樣的目的，也就是說要使工作表面具有較高的強度以及較高的耐磨性。在一般情況下，應該將較低級的材料進行滲碳淬火處理，將其用來替代那些高級別的材料，以此來有效的降低模具的制造成本。

1.4 納米表面技術

在整個納米表面工程中，始終是將納米材料以及相應的其他低維非平衡材料作為基礎的，然后通過特定的加工手段、技術來對固體的表面進行超精細加工處理，從而有效的實現固體表面的改性、強化或賦予一定的新功能。具體而言，納米表面技術主要具有兩個方面的內容：一是納米結構涂層的制作。在整個納米結構涂層的制作中，最為有效的制作方法即是熱噴涂技術的應用。與其他的技術相比較，熱噴涂技術具有工藝簡單、涂層厚度變化范圍大、涂層和基體選擇范圍廣、容易形成復合涂層以及沉積速率快等優越性。同時，與傳統的熱噴涂涂層相比較，納米結構的涂層在韌性、強度、抗熱疲勞、抗腐蝕等多方面都有著較為明顯的改善[1]；二是納米復合鍍層的制作。將一維納米質點粉體材料或零維材料加入到傳統的電鍍液當中，即能夠有效的形成納米復合鍍層。對于模具的制造而言，如果通過了納米復合鍍層，必然能夠讓其本身的精度長久保持不變，而長時間的使用鍍層，模具表面將長時間的處于光滑的狀態，不會出現任何裂紋，其壽命必定會得到有效的延長。

2 模具制造中表面工程技術的應用

2.1 表面工程技術在材料科學與工程中的應用

一是在節約能源、降低成本的同時，還能夠有效的改善環境。通過表面技術的應用，在模具工件表面制備具有優良性能的涂層，不僅能夠降低能源消耗，也能提高熱效率。比如熱工設備在高溫環境中所使用的部件，如果我們在表面上施加隔熱涂層，即能夠有效的減小熱量損失。而在燃料的節省上，可以通過先進的表面技術來替代污染較大的技術，從而改善作業的環境質量，讓零件的腐蝕、磨損等現象僅僅發生在表面。而對于這些表面損壞現象，只需要進行表面的強化與修復即可，并不需要對材料進行整體改變，從而讓材料物盡其用；二是減緩與消除金屬材料表面的變化或損傷。在實際的作業中，無論是金屬機器設備還是相應的零部件，其都需要承受各種外界的負荷，并且會產生出程度不一、形式多樣的表面變化、損傷。因此，對于工程材料或零部件而言，其表面通常都會存在著一定的宏觀缺陷或微觀缺陷，這就使得表面缺陷處成為了有效降低材料耐蝕性能、力學性能、耐磨性能等的發源地[2]。而通過表面技術的應用，不但能夠減緩材料表面的變化、損傷，對表面的缺陷進行掩蓋，更能提高零部件、材料使用的可靠性，以及延長其使用的壽命。

2.2 表面工程技術在模具型腔表面處理中的應用

一是經過表面涂層或者合金化的處理，低合金鋼或者碳素工具鋼的綜合性能必定能夠達到硬質合金以及高合金化模具材料的性能指標（甚至超過）。這對于材料成本的降低而言，必然具有重要的意義；二是表面工程技術的應用能夠有效的提高模具型腔表面的耐蝕性、耐磨性、抗高溫氧化性，表面的硬度將得到實質性的提升。在各方面性能得以提升的情況下，模具的使用壽命必然也會隨之增加。同時，表面工程技術的應用還能夠提高模具型腔表面的脫模能力與抗擦傷能力，其生產效率也會隨之提高；三是表面工程技術也能夠在模具的修復與再制造過程中發揮出重要作用，將使模具的修復與再制造過程更有效率、質量；四是在模具型腔表面紋飾的制造中，表面工程技術的應用必定能夠提高制品的附加值、檔次。

3 結束語

總之，在改善模具綜合性能的過程中，表面工程技術的作用必定占據了相當關鍵的地位。因此，模具企業應進一步加強與技術界的合作，堅持走市場化、產業化的道路，加快表面工程技術的產業化、實用化進程，從而讓模具的性能與綜合質量得以全面的提升。

參考文獻

[1]張立杰.表面處理技術在模具制造中的應用[J].大眾科技，2010，11：110-111.

[2]李養良，杜大明，宋杰光，等.模具表面強化新技術的應用和發展[J].熱處理技術與裝備，2010，4：9-12+59.