模具材料是模具工业的基础，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，采用表面工程技术可在一定程度上弥补模具材料的不足。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、化学气相沉积技术、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和纳米表面工程技
术的进，展必将进--步推动模具制造的表面工程技术的发展。在此仅介绍稀土表面工
程技术和纳米表面工程技术。
1、稀土表面工程技术
表面工程技术中加入稀土元素通常采用化学热处理、喷涂喷焊、气相沉积、激光涂
覆、电沉积等方法。
(1)稀士元素对化学热处理的影响主要表现为有显著的催渗作用，大大优化工艺过
程;加入少量稀土化合物，渗层深度可以明显增加，改善渗层组织和性能。从而提
高模具型腔表面的耐磨性、抗高温氧化性的抗冲击磨损性。
(2)利用热喷涂和喷焊技术，将稀土元素加入涂层，可取得良好的组织与性能，使模
型腔表面具有更高的硬度和耐磨性。
(3)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相关，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)，使模具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。
(4)含稀土化合物的涂覆层，可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，耐.
磨性是45钢调质的5~6倍。对加入CeO?2的热喷涂层进行激光重溶，研究发现
合金化层的显微组织明显改变，晶粒得到细化。激光重熔加入稀土后的喷焊合金,
稀土化合物质点在其中弥散强化，降低晶界能量，提高晶界的抗腐蚀性能，模具型
腔表面的耐磨性也大大增强，有的文献报道稀土元素提高了耐磨性达1~4倍。另
外，有研究发现，加入混合稀土化合物的效果优于单- -稀土化合物。
(5)把稀土元素加入镀层可采用电刷镀、电镀等电沉积方法。稀土甘氮酸配合物的加
入使镀层防氧钝化寿命明显提高;稀士元素有催化还原SO2的作用，可以抑制
Ni-Cu-P/MoS2电刷镀镀层中MoS?2的氧化，明显改善了镀层的减摩性能，提高了
抗腐蚀的能力，使模具型腔表面的耐磨寿命延长近5倍。
2、纳米表面工程技术
纳米表面工程是以纳米材料和其它低维非平衡材料为基础，通过特定的加工技术、
加工手段，对固体表面进行强化、改性、超精细加工，或赋予表面新功能的系统工
程。纳米表面工程技术是极具应用前景和市场潜力的。
(1)制作纳米复合镀层。在传统的电镀液中加入零维或- -维纳米质 点粉体材料可形成
纳米复合镀层。用于模具的Cr-DNP纳米复合镀层，可使模具寿命延长、精度持久
不变，长时间使用镀层光滑无裂纹。纳米材料还可用于耐高温的耐磨复合镀层。如
将n-ZrO?2纳米粉体材料加入Ni-W-B非晶态复合镀层，可提高镀层在550-850C
的高温抗氧化性能使镀层的耐蚀性提高2~3倍，耐磨性和硬度也都明显提高。采
用Co-DNP纳米复合镀层，在500C以上，与Ni基、Cr基Co基复合镀层相比，工
件表面的高温耐磨性能大为提高。在传统的电刷镀溶液中，加入纳米粉体材料，也
可制备出性能优异的纳米复合镀层。
(2)制作纳米结构涂层。热喷涂技术是制作纳米结构涂层的一一种极有 竞争力的方法。
与其它技术相比，它有许多优越性:工艺简单、涂层和基体选择范围广，涂层厚度
变化范围大、沉积速率快，以及容易形成复合涂层等等。与传统热喷涂涂层相比,
纳米结构涂层在强度、韧性、抗蚀、耐磨、热障、抗热疲劳等方面都有显著改善，
且一种涂层可同时具有上述多种性能。