金型材料は金型産業の基盤ですが、新しい金型材料でさえ、金型のより高い包括的な性能要件を満たすことは依然として困難です。表面工学技術の使用は、金型材料の不足をある程度補うことができます。従来の表面消光技術、熱膨張技術、表面処理技術、硬質クロム電気めっき技術、レーザー表面強化技術、過去20年間で急速に発展した物理的蒸気蒸着など、金型製造に使用できる表面工学技術は多岐にわたります。技術、化学蒸着技術、イオン注入技術、サーマルスプレー技術、サーマルスプレー溶接技術、複合電気めっき技術、複合ブラシめっき技術、化学めっき技術など。希土類表面工学技術とナノ表面工学技術の進歩は、金型製造のための表面工学技術の開発を確実にさらに促進するでしょう。ここでは、希土類表面工学技術とナノ表面工学技術のみを紹介します。
1.希土類表面工学技術
希土類元素は通常、化学熱処理、スプレー溶接、蒸着、レーザーコーティング、電着、その他の方法によって表面工学技術に追加されます。
- （1）化学熱処理に対する希土類元素の影響は、主にプロセスを大幅に最適化する重要な浸透効果として現れます。少量の希土類化合物を添加すると、浸透層の深さが大幅に増加し、浸透層の構造と性能が向上します。これにより、モールドキャビティ表面の耐摩耗性、高温耐酸化性、耐衝撃摩耗性が向上します。
- （2）溶射・溶射溶接技術を用いて希土類元素をコーティングに添加することにより、良好な構造と性能を実現できるため、金型キャビティの表面の硬度と耐摩耗性が向上します。
- （3）物理蒸着膜の性能は、膜と基板の接着強度と密接に関係しており、希土類元素の添加は、膜と基板の接着強度を向上させ、膜の表面密度を大幅に向上させます。同時に、希土類元素を添加することで、フィルムの耐摩耗性を大幅に向上させることができます。たとえば、金型性能に超硬質TiNフィルム（希土類元素を配合）を塗布することで、金型キャビティの表面が高硬度、低摩擦係数、優れた相性を発揮します。安定性により、金型の寿命が向上します。
- （4）希土類化合物を含むコーティング層は、金型金属材料の表面でのレーザー放射エネルギーの吸収率を大幅に高めることができ、エネルギー消費と製造コストを削減し、レーザー表面工学技術を促進するために非常に重要です。希土類コーティング層のレーザー処理後、構造と性能が大幅に向上し、コーティング層の硬度と耐摩耗性が大幅に向上します。耐摩耗性は、45鋼の急冷焼戻しの5〜6倍です。 CeO2を添加した溶射層のレーザー再溶融では、合金層の微細構造が大幅に変化し、粒子が微細化されていることがわかりました。希土類を添加したスプレー溶接合金をレーザー再溶解した後、希土類化合物粒子を分散・強化し、粒界エネルギーを低減し、粒界の耐食性を向上させ、モールドキャビティ表面の耐摩耗性も大幅に向上します。耐摩耗性を1〜4倍向上させます。さらに、いくつかの研究では、混合希土類化合物を添加する効果は、単一の希土類化合物の効果よりも優れていることがわかっています。
- （5）コーティングに希土類元素を添加するために、ブラシメッキや電気メッキなどの電着法を使用することができます。希土類グリキュリン酸錯体の添加により、コーティングの抗酸化不動態化寿命を大幅に延ばすことができます。希土類元素は、SO2の触媒還元効果があり、Ni-Cu-P / MoS2ブラシメッキ層のMoS2の酸化を抑制し、コーティングの性能を大幅に向上させることができます。減摩性能により耐食性が向上し、金型キャビティ表面の耐摩耗寿命が約5倍になります。
2.ナノ表面工学技術
ナノ表面工学は、ナノ材料やその他の低次元の非平衡材料に基づいており、特定の処理技術と処理方法によって、固体表面が強化、変更、超微細処理、または表面に新しい機能が与えられます。ナノ表面工学技術には、優れたアプリケーションの見通しと市場の可能性があります。
- （1）ナノ複合コーティングの製造。従来の電気めっき液にゼロ次元または一次元のナノ粒子粉末材料を加えると、ナノコンポジットコーティングを形成できます。金型に使用されているCr-DNPナノコンポジットコーティングは、金型の寿命を延ばすことができ、精度は永久に持続し、コーティングは長期間使用した後でも滑らかで亀裂がありません。ナノ材料は、高温耐摩耗性の複合コーティングにも使用できます。 Ni-WBアモルファス複合コーティングにn-ZrO2ナノ粉末材料を添加すると、550〜850℃での高温耐酸化性が向上し、耐食性が2〜3倍向上し、耐摩耗性や硬度も向上します。どちらも大幅に改善されています。 500℃以上のCo-DNPナノコンポジットコーティングを使用すると、NiベースおよびCrベースのCoベースのコンポジットコーティングと比較して、ワークピース表面の高温耐摩耗性が大幅に向上します。従来のブラシメッキソリューションでは、ナノパウダー材料を追加することで、優れた性能のナノコンポジットコーティングを作成することもできます。
- （2）ナノ構造コーティングの製造。溶射技術は、ナノ構造のコーティングを作成するための非常に競争力のある方法です。他の技術と比較して、それは多くの利点を持っています：単純なプロセス、広範囲のコーティングと基板の選択、広範囲のコーティング厚さ、速い堆積速度、そして複合コーティングの容易な形成。従来の溶射コーティングと比較して、ナノ構造コーティングは、強度、靭性、耐食性、耐摩耗性、耐熱性、耐熱性などが大幅に向上しており、コーティングは上記の複数の特性を同時に持つことができます。
