表面工程是由多个学科交叉、综合、复合，以系统为特色，逐步发展起来的新兴学科，从上世纪八十年代开始一直保持较快的发展速度，在科研和生产中得到广泛应用，收到了良好的效益。下文是小编为大家搜集整理的的内容，欢迎大家阅读参考!
篇1
试谈表面工程技术在模具制造中的应用
摘 要：作为一门科学与技术，表面工程能够有效的改善电子电器元件、机械零件等基质材料表面的性能。如今，表面工程中的各项表面技术已经被广泛的应用到各类机电产品当中，显然已经成为了现代制造技术的重要组成部分，是当前维修、再制造环节中是基本手段。文章首先对模具表面的主要处理技术进行了详细的阐述，其次对表面工程技术在模具制造中的应用进行了系统的分析与探讨。
关键词：模具制造;表面工程技术;应用
作为模具工业的基础，模具材料随着模具工业的迅猛发展，其不但需要具备较高的韧性、强度之外，还需要具有良好的综合性能。通过表面工程技术的应用，不仅能让模具表面的各种性能得到相应的提高，并且模具内部也将保持着足够的强韧性。显然，它的应用对于模具综合性能的改善、材料潜力的发挥、成本的降低、合金元素的节约以及模具新材料的进一步利用来说，都十分有效。
1 模具表面的主要处理技术
1.1 硬化膜沉积技术
物理气相沉积技术、化学气相沉积CVD是目前较为成熟的硬化膜沉积技术。硬化膜沉积技术在最早出现的时候，通常都是应用在刀具、量具等工具上，有着极佳的效果。并且，很多刀具都已经将涂覆硬化膜当做成最为标准的工艺。在目前的实际应用过程中，我们不难发现，硬化膜沉积技术的成本是较高的，尤其体现在设备的成本上。同时，硬化膜沉积技术依旧只应用于一些较精密且具有长寿命的模具上，如果通过建立热处理中心的方式来对其应用，必定会大大降低涂覆硬化膜的成本。显然，在硬化膜沉积技术的应用下，整个模具制造的水平将得到实质性的提高。
1.2 渗氮技术
在整个渗氮工艺中，具有离子渗氮、液体渗氮、气体渗氮等多种方式，而每一种不同的渗氮方式中都具有诸多不同的渗氮技术，这些不同的技术能够有效的适应不同工件、不同钢种的实际要求。另外，由于渗氮技术能够有效的形成性能较为优良的表面，并且渗氮的温度较低，在渗氮后并不需要激烈的冷却，而模具的变形也很小，加之渗氮工艺和模具钢淬火工艺之间具有良好的协调性。因此，在模具的制造过程中，渗氮技术不但是采用最早的表面处理技术，同时也是得到最广泛应用的表面处理技术。
1.3 渗碳技术
在提高模具整体强韧性的过程中，渗碳技术的应用能够很好的达到这样的目的，也就是说要使工作表******有较高的强度以及较高的耐磨性。在一般情况下，应该将较低级的材料进行渗碳淬火处理，将其用来替代那些高级别的材料，以此来有效的降低模具的制造成本。
1.4 纳米表面技术
在整个纳米表面工程中，始终是将纳米材料以及相应的其他低维非平衡材料作为基础的，然后通过特定的加工手段、技术来对固体的表面进行超精细加工处理，从而有效的实现固体表面的改性、强化或赋予一定的新功能。具体而言，纳米表面技术主要具有两个方面的内容：一是纳米结构涂层的制作。在整个纳米结构涂层的制作中，最为有效的制作方法即是热喷涂技术的应用。与其他的技术相比较，热喷涂技术具有工艺简单、涂层厚度变化范围大、涂层和基体选择范围广、容易形成复合涂层以及沉积速率快等优越性。同时，与传统的热喷涂涂层相比较，纳米结构的涂层在韧性、强度、抗热疲劳、抗腐蚀等多方面都有着较为明显的改善[1];二是纳米复合镀层的制作。将一维纳米质点粉体材料或零维材料加入到传统的电镀液当中，即能够有效的形成纳米复合镀层。对于模具的制造而言，如果通过了纳米复合镀层，必然能够让其本身的精度长久保持不变，而长时间的使用镀层，模具表面将长时间的处于光滑的状态，不会出现任何裂纹，其寿命必定会得到有效的延长。
2 模具制造中表面工程技术的应用
2.1 表面工程技术在材料科学与工程中的应用
一是在节约能源、降低成本的同时，还能够有效的改善环境。通过表面技术的应用，在模具工件表面制备具有优良性能的涂层，不仅能够降低能源消耗，也能提高热效率。比如热工设备在高温环境中所使用的部件，如果我们在表面上施加隔热涂层，即能够有效的减小热量损失。而在燃料的节省上，可以通过先进的表面技术来替代污染较大的技术，从而改善作业的环境质量，让零件的腐蚀、磨损等现象仅仅发生在表面。而对于这些表面损坏现象，只需要进行表面的强化与修复即可，并不需要对材料进行整体改变，从而让材料物尽其用;二是减缓与消除金属材料表面的变化或损伤。在实际的作业中，无论是金属机器设备还是相应的零部件，其都需要承受各种外界的负荷，并且会产生出程度不一、形式多样的表面变化、损伤。因此，对于工程材料或零部件而言，其表面通常都会存在着一定的宏观缺陷或微观缺陷，这就使得表面缺陷处成为了有效降低材料耐蚀性能、力学性能、耐磨性能等的发源地[2]。而通过表面技术的应用，不但能够减缓材料表面的变化、损伤，对表面的缺陷进行掩盖，更能提高零部件、材料使用的可靠性，以及延长其使用的寿命。
2.2 表面工程技术在模具型腔表面处理中的应用
一是经过表面涂层或者合金化的处理，低合金钢或者碳素工具钢的综合性能必定能够达到硬质合金以及高合金化模具材料的性能指标甚至超过。这对于材料成本的降低而言，必然具有重要的意义;二是表面工程技术的应用能够有效的提高模具型腔表面的耐蚀性、耐磨性、抗高温氧化性，表面的硬度将得到实质性的提升。在各方面性能得以提升的情况下，模具的使用寿命必然也会随之增加。同时，表面工程技术的应用还能够提高模具型腔表面的脱模能力与抗擦伤能力，其生产效率也会随之提高;三是表面工程技术也能够在模具的修复与再制造过程中发挥出重要作用，将使模具的修复与再制造过程更有效率、质量;四是在模具型腔表面纹饰的制造中，表面工程技术的应用必定能够提高制品的附加值、档次。
3 结束语
总之，在改善模具综合性能的过程中，表面工程技术的作用必定占据了相当关键的地位。因此，模具企业应进一步加强与技术界的合作，坚持走市场化、产业化的道路，加快表面工程技术的产业化、实用化进程，从而让模具的性能与综合质量得以全面的提升。
参考文献
[1]张立杰.表面处理技术在模具制造中的应用[J].大众科技，2010，11：110-111.
[2]李养良，杜大明，宋杰光，等.模具表面强化新技术的应用和发展[J].热处理技术与装备，2010，4：9-12+59.
篇2
浅析金属材料表面工程的应用与发展
摘要：表面工程技术是21世纪的关键技术之一，从上世纪八十年代开始一直保持较快的发展速度，在科研和生产中得到广泛应用，收到了良好的效益。本文简要概述了金属材料表面工程技术中的表面改性处理、表面涂镀/层技术和堆焊表面改性技术的特点、应用范围和发展现状。
关键词：金属材料;表面工程;发展与应用
引言
表面工程学是一门涉及材料科学、冶金技术、机械工程等众多领域的综合学科，包括表面科学理论、表面工程技术、表面工程技术设计、表面分析与检测技术、表面质量与工艺过程控制工程、表面工程管理与经济分析等几个方面[1]。其中表面工程技术是和生产实践联系最为密切的，同时也代表着生产技术水平的高
低。科学技术的发展和进步对生产设备与仪器提出了更高的要求，复杂多变的工
况考验着材料性能的优劣，必须在保证经济性前提下，综合运用各种高新技术提高和改善金属材料性能。
表面工程技术是利用科技手段对材料表面进行处理，通过改变材料表面和
亚表面的成分、微观组织结构以此来改善和提高其性能，满足使用要求。金属零件在使用过程中的破坏往往是从表面开始的，或因接触介质的化学腐蚀，或高温环境的氧化和熔化，或摩擦工况及磨料介质中的磨损，或复杂受力下的弯曲、扭转、拉压或剪切。因此，强化表面成为抵抗此类破坏的第一道防线。近年来，表面改性处理、表面涂镀/层技术和堆焊表面改性技术因其不同的优点在表面工程技术领域迅速发展。
1 表面改性技术
表面改性技术包括以喷丸强化、辊压强化为代表的表面强化技术，以各种氧化、钝化成膜的化学转化膜技术，化学气相沉积技术CVD与等离子束、激光束等高能束的表面处理技术。表面改性技术是借助外在介质改善材料的表面性能，不对原材料添加任何化学元素，改性后的材料表面不存在化学元素的增减，只是成分的比例和组织结构发生变化。因此，该技术相对于涂镀层技术和堆焊表面改性技术要工艺简单，只需控制好过程参数即可。不同的工况环境对材料的要求也不同，应根据具体的实际需求选择处理工艺。
1.1化学转化膜技术
该技术经过近些年的发展已经实现了不仅在金属材料表面成膜，而且可在陶瓷等非金属表面成膜，膜的厚度也在向着更优更薄的方向发展。如各种碳化钛超导陶瓷薄膜系多晶或外延单晶薄膜、抗高温大功率的半导体用金刚石薄膜以及各种光电子薄膜和集成光学薄膜。铝及其合金的表面改性技术大多采用的是表面成膜技术，在表面形成耐磨、耐蚀、多孔、结合性强的高性能薄膜。目前铝合金表面的改性技术主要有：电化学氧化法、化学转化法、微弧氧化技术、等离子注入表面改性、冷喷涂技术、稀土转化膜和激光处理等[2]。
1.2高能束表面改性技术
高能束表面改性技术是运用高能束热源，添加或不加化学元素，对材料表面及亚表面进行重熔或熔覆处理，形成满足使用要求的高性能表层。所谓的高能束High Energy DensityBeam------HEDB即高能量密度的束流，包括激光束、电子束、等离子束[3]，与传统热源相比较，高能束具有独特的优点：1、能量更加集中，因此热效率高;2、方向性更强;3、易于实现精确控制;4、属于绿色能源，不易造成浪费。高能束的诸多优点使得它在传统技术工业、聚合物、生物医用材料、制备纳米材料等各个领域得到广泛的应用[4]。激光重熔、等离子重熔、激光表面熔覆、激光表面合金化等高能束表面改性技术在各行业得到飞速发展。
高能束作为新型能源在表面改性技术中的应用，给表面工程学科带来了大发展，必将是倡导节约能源降低能耗的21世纪快速发展的能源之一。表面改性处理改善金属材料的使用性能与组织、硬度和耐磨性的改变有关，而各项改变的量和质决定于材质和高能束热源。不同材料在具体的过程中还受到诸如扫描速度、扫描间距、电流、电压等工艺条件选择的影响。通常，输入材料表面的高能束热量越大，材料的散热能力越强，则获得的性能改善层深度越大，材料表面组织与原始组织差别越大。具体行业领域中的应用还需根据实际情况选择高能束热源类型和实际生产中合适的工艺参数。
2表面涂镀/层技术
古典技术与现代技术相结合在材料表面形成一层或多层同质或异质层的技术称为表面涂镀/层技术。该技术包括在材料表面电镀耐磨、耐蚀、耐高温等优异性能的单层或复合表层、非晶态镀层的电镀技术;有机涂层技术、热喷涂技术、物理气相沉积技术等。
2.1热喷涂技术
热喷涂技术是一种重要的表面工程技术，通过在材料表面喷涂保护层、强化层和装饰层来实现抗磨、耐热、耐蚀、绝缘和导光等特性功能[5]。热喷涂技术作为一种表面强化和防护工艺如今已日渐成熟，从单一的表面强化层发展到及产品失效分析、表面预处理、喷涂材料、喷涂设备选择、喷涂工艺确定、涂层系统设计和喷涂层后期加工为一体的系统工程。该技术由条件要求极高的宇航工业开始，如今已深入发展到民用工业的各个行业[6]。
热喷涂技术包括火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂等。电弧喷涂效率高、涂层结合力强、生产效率高且能适合各种复杂环境，因此在市场上的份额较大。喷涂材料离子的温度和速度对涂层的性能影响较大，由此而生的超音速等离子热喷涂技术近年来在国际上发展迅速。火焰喷涂根据涂层材料的种类不同分为线材火焰喷涂和丝材火焰喷涂技术。该技术是利用火焰将材料先熔化然后形成涂层，之后再用火焰加热涂层，可以使基层与涂层材料间达到冶金结合，对于高温下承受热冲击的高温磨具处理尤为重要[7]。
2.2物理气相沉积技术
物理气相沉积技术是利用真空蒸发、溅射、离子镀等方法在材料表面成膜。表面膜可以是金属膜、合金膜、陶瓷膜亦或是金刚石膜等。此类沉积成膜技术已经在机械、航空等行业得到广泛应用。该技术在实际生产中操作灵活，可以根据需要调整成分和比例，从而改善材料的不同性能。
