模具气相沉积表面强化技术在实际生产中显示出的优越性

    对合金模具钢进行表面强化处理，除常用的化学热处理外，最近对其它表面强化工艺也进行了广泛研究并在实际生产中显示出优越性，取得了经济效益。如激光强化技术、电子束、离子注入、热喷涂、堆焊、物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀、电镀、喷丸强化、电火花强化等等。下面主要介绍化学气相沉积的特点。

   气相沉积是一种利用气态物质（气相）中发生的某些物理、化学过程，在模具表面形成具有某些特殊性能的金属或化合物涂层的技术。根据涂层形成过程，气相沉积分为化学气相沉积、物理气相沉积和等离子体化学气相沉积三大类。在模具表面镀覆一层超硬镀层是提高模具寿命的有效途径，先进的表面超硬镀层是以TiN、TiC、TiCN、金刚石、立方氮化硼等为代表。

我司研究中心对LD钢(7Cr7Mo2V2Si)、6W6钢(6W6Mo5Cr4V)、GM钢(9Cr6W3Mo2V2)、Cr5Mo1V钢、冷冲压模具钢：GD钢(6CrNiMnSiMoV)、国产DC53钢等各种新型模具钢实际生产中应用，发现经气相沉积技术处理后的模具寿命比未处理之前的提高几倍。

    (1)化学气相沉积：化学气相沉积简称CVD(Chemical Vapor Deposition)。其特点是通过发生反应的混合气体在模具表面发生化学反应，使模其表面生成一层薄的固相沉积物层。CVD法可以用来沉积各种金属和碳化物、氮化物、氧化物、硅化物、硼化物等。目前应用较普遍的是气相沉积TiC，基本原理是将工件加热到900～1200℃范围内，使四氯化钛和材料中的碳在材料表面进行化学反应，经过一定时间即生成一层TiC镀层。

    化学气相沉积设备简单、操作维护方便、多用性强，可以对形状复杂或带有槽沟及孔的工件进行均匀涂覆。由于温度高，TiC与基体结合牢固。TiC镀层硬度相当高，可达3000HW，耐磨性极好，而且摩擦因数小，具有很好的减摩性和抗咬合性。

    模具表面主要沉积TiC和TiN，特别适用于承受高负荷的模具。如对Cr12MoV钢落料模、冷拉深模具、弯曲模具、冲孔模等进行气相沉积TiC，模具寿命比常规处理提高3倍以上。对各类高速钢W9Mo3Cr4V（W9钢）制作的冷作模具，沉积TiN和TiC后，使用寿命提高6～10倍。

CVD法属高温处理技术，突出缺点是容易引起模具变形。为解决变形问题。现已发展了中温CVD和低温CVD技术，特别是等离子化学气相沉积(PCVD)，其工作原理与离子渗氮相似，沉积速度快、加热温度低、工件变形较轻微，具有应用前景。

    (2)物理气相沉积：物理气相沉积简称PVD( Physical Vapor Deposition)，分为真空蒸镀，离子镀、溅射镀等。主体装置是真空室，内装工件吊架及蒸发源，蒸发源是能使镀层材料蒸发的加热体，其中溅射镀可以直接用碳化物、氮化物等做靶材，在工件表面形成耐磨性极高的化合物镀层，物理气相沉积的优点是温度低、变形小，用PDV法提高冷作模具钢寿命，尤其是要求精度很高的冷作模具寿命最为适宜。

    曾对65Nb钢和LM2钢制造的电池冲模经实际应用，由于涂层的高硬度及减少了摩擦力，冲模使用寿命明显提高，由常规处理的6～10万件，提高到20万件以上。

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资料来源：无锡市瀚超特殊钢有限公司合金模具钢营业部

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