近年来, 随着工业用大功率激光器的价格下降及激光应用技术的日趋成熟, H13 钢模具表面的激光淬火、激光熔敷技术也有了较大发展。H13 钢常规处理后硬度 44HRC, 经激光淬火, 表面硬度可达 772Hv(相当于 62HRC)。由于得到以超细化高密度位错型马氏体为主的组织, 以及激光加热后自回火过程中析出弥散碳化物, 使得淬硬层硬度、抗回火稳定性、耐磨性及抗蚀性均显著提高。

激光熔覆技术通过在模具表面覆盖一层具有一定性能的熔覆材料, 以改善表面性能。与等离子喷焊相比, 激光熔覆可实现热输入的准确和局部控制, 节省高性能材料, 其涂层缺陷率低, 组织细密均匀, 成分稀释率小, 热影响区小, 涂层强韧性明显提高。在有送粉器的2KWCO2

激光器上, 对H13钢基体表面涂覆一层由镍基高温合金和WC+W2C粒子组成的高温耐磨合金粉末, 在激光功率P=1500W, 送粉量为10g/min, 工件移动速度为2～3mm/s条件下, 获得多道搭接的大面积高温耐磨合金。在1000℃左右高温下, 涂覆层仍有很高的强硬性, 是较理想的高温模具耐磨合金。

通过熔覆一层Co基合金(>40%Co+多量Cr、Ni等元素), 也可得到比H13钢好得多的高温硬度、热疲劳抗力及抗循环软化能力。激光熔覆技术以其加工精度高, 热变形小, 后续加工量少等特点具有很大的潜在应用价值。

高能束表面合金化。

高能束表面合金化是近年发展的新兴技术, 主要能源是激光束和电子束。对于 H13 钢模具尤其铝合金压铸模, 可以先在电弧离子镀设备上沉积一层铝膜,然后采用电子束辐照处理技术, 在真空条件下对模具表面进行 15 次轰击处理。铝在微秒级脉宽电子束作用下瞬时加热到高温, 熔入基体表面, 实现表面的铝合金化, 靠金属基体良好的导热性快速冷却。同时, 脉冲电子束在基体表面还会产生冲击波及冲击振动效应, 使表面形成压应力。这样复合处理后, 在模具表面产生约 10μm 左右的致密氧化膜, 即使在反复加热、冷却的热应力作用下, 也不会出现氧化膜的开裂与脱落现象, 有效地改善了模具表面的抗氧化能力、热疲劳抗力、耐磨性等力学性能。

(3)离子注入表面改性处理。

金属表面离子注入改性技术日益受到重视, 成为目前最活跃的研究方向之一, 在许多精密、关键和高附加值的工模具和零部件制造方面取得了突出应用效果, 有些已在产业部门推广应用, 对精密、高性能、长寿命模具具有重要意义。离子注入技术早期研究集中在氮离子的注入。对 H13 钢等工模具钢而言, 由于在 500℃时约有 70%的氮原子外扩散, 结果氮离子

注入后表面性能( 尤其是摩擦系数和耐磨性能) 没有明显改善。而硅离子注入可使这类高强度钢表面的摩擦系数下降 40%～80%, 耐磨性也有很大提高。例如,硅及硅+氮离子双注入 H13 钢, 显微硬度分别达到10540Hv0.0025和 9064Hv0.0025, 尤以硅离子注入效果最好, 提高幅度达 55%。硅及硅+氮离子注入都降低摩擦系数达 40%; 耐磨性分别提高 6.2 倍和 1.4 倍。