1、熱擴滲技術

　　熱擴滲技術是用加熱擴散的方式使欲滲金屬或非金屬元素滲入金屬材料或工件的表面，從而形成表面合金層的工藝。其突出特點是擴滲層與基材之間是靠形成合金來結合的，具有很高的結合強度，這是其它涂層方法如電鍍、噴鍍、化學鍍、甚至物理氣相沉積技術所無法比擬的。常用于熱擴滲的合金元素包括碳、氮、硅、硼、鋁、釩、鈦、鎢、鈮、硫等。上述元素都已在不同程度上應用于各類模具型腔表面的強化。隨著熱擴滲技術的不斷發展，二元乃至多元共滲工藝在模具表面強化中發揮越來越大的作用。對不同滲入元素或不同模具種類而言，最佳滲入工藝也不盡相同，這里介紹在模具表面強化中應用最多的幾種熱擴滲工藝。

　　1.1滲碳

　　滲碳具有滲速快、滲層深、滲層硬度梯度與成分梯度可方便控制、成本低等特點，能有效地提高材料的室溫表面硬度、耐磨性和疲勞強度等。滲碳工藝應用于模具表面強化的第一個方面是低、中碳鋼的滲碳。滲碳應用于冷作、熱作和塑料模具上，都能提高模具壽命。對于注塑模，特別是在成形對型腔起磨粒磨損的塑料制品時，可采用20#鋼粗加工成模，進行型腔表面滲碳，再經過精加工拋光后投入使用，除了可以降低表面粗糙度外，模具的耐磨性也會相應提高。又如3Gr2W8V鋼制壓鑄模具，先滲碳再經1140℃-1150℃淬火，550℃回火兩次，表面硬度可達58-61HRC，使壓鑄有色金屬及其合金的模具壽命提高1.8-3.0倍。

　　滲碳工藝應用于模具表面強化的第二個方面是“碳化物彌散析出滲碳”，簡稱CD滲碳法。它是采用含有大量強碳化物形成元素(如Cr、Ti、Mo、V)的模具鋼在滲碳氣氛中加熱，在碳原子自表面向內部擴散的同時，滲層中會沉淀出大量彌散合金碳化物，如(Cr.Fe)7C3、(Fe.Cr)3C、V4C3、TiC，從而實現了CD滲碳。CD法滲碳層中，滲層表面含碳量(質量分數，下同)高達2%-3%，彌散碳化物含量達50%以上，且碳化物呈細小均勻分布。CD滲碳件直接淬火或重新淬火回火后可獲得很高的硬度和優異的耐磨性。經CD滲碳的模具心部沒有出現象Cr12型模具鋼和高速鋼中的粗大共晶碳化物和嚴重碳化物偏析，因而其心部韌性比Cr12MoV鋼提高3-5倍。實踐表明，CD滲碳模具的使用壽命大大超過消耗量占冷作模具鋼首位的Cr12型冷作模具鋼和高速鋼。

　　在對各類模具進行滲碳處理時，主要的滲碳工藝方法有固體粉末滲碳、氣體滲碳以及近20年來迅速發展起來的真空滲碳及離子滲碳。其中，固體滲碳和氣體滲碳應用廣泛，但真空滲碳和離子滲碳技術由于具有滲速快、滲層均勻、碳濃度梯度平緩以及工件變形等特點，將會在模具表面尤其是精密模具表面處理中發揮越來越重要的作用。

　　1.2氣體法低溫熱擴滲

　　氣體法低溫表面熱擴滲工藝在模具的表面強化處理中占有十分重要的地位。其處理工藝簡便，擴滲溫度較低，能適應冷作模具、熱作模具以及塑料模具等對型腔表面的各種要求。常用的擴滲工藝有滲氮、軟氮化(鐵素體氮碳共滲)、氧氮共滲、硫氮共滲乃至硫碳氮、氧氮硫三元共滲等方法。

　　1.2.1氣體滲氮與離子氮化工藝

　　將氮滲入鋼件的過程稱為鋼的氮化或滲氮。氮化層的硬度高950-1200HV)，耐磨性、疲勞強度、紅硬性及抗咬合性均優于滲碳層。由于氮化溫度低(一般為480℃-600℃)，工件變形很小，尤其適應一些精密模具的表面強化。例如，3Cr2W8V鋼壓鑄模、擠壓模等經調質并在520℃-540℃氮化后，使用壽命較不氮化的模具提高2-3倍。又如，從德國引進的熱沖模經解剖分析，發現其表面約有140μm的滲氮層。美國用H13鋼制作的壓鑄模具，不少都要進行氮化處理，且以滲氮代替一次回火，表面硬度高達65-70HRC，而模具心部硬度較低，韌性好，從而獲得優良的綜合力學性能。

　　氣體氮化法是采用最為廣泛的滲氮工藝。離子氮化法是為解決氣體氮化工藝工效低、時間長而發展起來的工藝，其特點是滲氮速度快、滲層成分及其梯度易控制、節能、省氣、滲層質量好、工作環境好等。

　　1.2.2氣體軟氮化(鐵素體氮碳共滲)

　　軟氮化是將鋼件在570℃左右加熱，以尿素或氨氣或醇類裂化氣為滲劑，向鋼內同時擴滲碳、氮原子的熱擴滲工藝。氣體軟氮化比氣體氮化滲速快、所需費用低，將其應用于冷、熱作模具鋼，可提高模具的耐磨性、抗高溫氧化性和抗粘著性。