通过不断改善涂层材料，持续提升沉积效率，加强工艺控制，利用物理气相沉积（PVD）技术制备的应用于模具领域的硬质合金膜拥有广阔的市场应用前景和发展空间。

1.4 电镀与化学镀技术

电镀铬、镉等是模具零件表面涂层技术中的传统技术，利用电解池原理在模具零件工作面上沉积与基体不同的材料，具有优良性能的薄层金属或合金。电镀操作方便，工艺要求简单，工作温度低，模具零件受热变形影响小，基体的性能不受影响，镀层的硬度高，摩擦系数低，模具零件的强度、耐磨性和抗氧化性得到改善，并延长了模具使用寿命及提高了服役稳定性。但是镀层的孔隙率大，同时由于电镀的尖端效应，对于形状复杂的模具零件易产生毛刺、凹凸尖点等缺陷，影响模具零件的表面粗糙度和抗腐蚀能力[36]。热作模具应用的电刷镀技术具有沉积效率高，工艺操作便捷，绕镀性好，不受模具形态的限制，可使模具服役期提高50%~100%，主要原因是涂刷层具有良好的红硬性、耐磨性及抗氧化性。科研人员采用复合电刷镀层工艺，使用镍、钴和二氧化锆复合电刷镀层工艺，镀层表面致密，使镀层与基体结合力提高，表面经打磨后可达镜面。不仅硬度高，而且耐磨性提高，延长模具使用寿命达20%~100%。

随着化学镀工艺的改进和发展，不同的化学镀工艺及其镀液技术发展迅速，如多元复合镀以及纳米颗粒和稀土掺杂镀镍，此外双镀层技术和旨在提高镀层效率的辅助技术也在不断发展，一些性能更优、效果更好的新技术也不断产生并运用于实践中。化学镀镍由于其易加工性，是制造光学模具的最佳材料之一，具有合适的硬度和耐用性，优越的耐腐蚀性、耐磨性，硬度、可焊性、磁性和沉积均匀性，可在非球面形状下抛光至0.3 nm均方根粗糙度（RMS）以下。如阎康平在Ni-P镀液中加入一定量的高分子材料聚四氟乙烯（PTFE）微粒，在Ni-P镀层中PTFE颗粒分散分布，沉积于模具零件表面，由于PTFE微粒具有化学稳定性好、摩擦系数低（0.05）的特点，能够有效提高模具零件表面的硬度、耐磨性及抗腐蚀能力，对于模具零件性能具有良好的强化效果。此外在G STRAFFELINI等的研究中，研究了几种含有SiC和PTFE的化学镀Ni-P复合镀层的摩擦磨损性能，甚至还产生了由内部Ni-P-SiC层和外部Ni-P-PTFE层组成的沉积物。通过对AISI M2钢进行摩擦磨损试验，发现Ni-P-SiC-PTFE镀层的滑动性能优于Ni-P镀层，但比Ni-P-PTFE共镀层的耐磨性差，在高负荷测试下，Ni-P-SiC-PTFE镀层呈现比Ni-P-PTFE和Ni-P-SiC镀层具有更好的抗摩擦磨损性能。

随着对传统金属加工工序产生的有毒废物的日益关注，用“清洁”技术取代“脏”电镀工艺（特别是铬和镉）这一趋势得到了较大的推动。较多企业考虑使用减少污染的电镀，甚至放弃镀液技术，采用物理气相沉积、化学气相沉积和激光熔覆等新型涂层技术实现绿色环保的发展理念。

1.5 激光熔覆技术

激光熔覆技术（laser cladding）是通过使用高功率激光束将熔覆材料与基体材料表层一起熔化凝固，形成熔融材料与基体材料表面达到冶金结合的涂层技术[44]。激光熔覆技术有以下特点：①结合力强，热影响区小；②组织细化无孔隙，力学性能优异；③沉积材料多样，可根据涂层性能需求选择；④加工区域灵活，工艺可控性好。

SOTIROPOULOUD指出激光熔覆试样的显微组织由外到内有3种不同的结构区域，分别是熔覆区、热影响区和基体。通过熔融原子或分子间的热扩散交互作用，熔覆层与基体之间紧密结合，形成熔融结合层，由于激光熔覆的高能量输入，低孔隙率，高结合力，有效地提升熔覆层与基体的抗载荷能力，提高了材料的综合性能。

激光熔覆金属主要用于涂层强化和修复各种零部件的表面，以提高耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性，CUI C Y讨论了使用连续波CO2激光器（功率1.7 kW，扫描速度5 mm/s，光束直径φ4 mm），以14 g/min的送粉速度，在模具钢上激光熔覆沉积钴基合金涂层。对表面改性的分析表明：该工艺可产生具有良好微观结构和较高显微硬度的薄表面层（平均测量值为588 HV0.2，未涂覆基体的平均测量值为283 HV0.2）。C P PAUL等[48]使用脉冲Nd:YAG激光器（功率1 kW，光束直径φ1.5 mm，扫描速度1~10 mm/s），以3~8 g/min的送粉速度，在低碳钢基体上利用动态激光熔覆技术沉积多层WC-12 wt.%Co合金，沉积的WC-Co合金涂层致密性好，无裂纹缺陷，具有良好的膜基结合力，测量WC-Co合金镀层与基体的结合强度约为60 MPa。涂覆层表面的显微硬度平均约为1 350 HV0.2，而基体表面的显微硬度为200 HV0.2。

2 新技术发展方向

2.1 复合涂层技术

研究结果表明，复合表面强化处理不是简单的单一叠加过程，而是要在多种工艺技术复合处理的过程中达到1+1>2的效果，通过2种或2种以上工艺技术的组合达到取长补短的复合性能和效果。

A S KORHNEN等通过等离子体氮化再进行物理气相沉积的工艺组合，发展一种全新的渗镀复合处理（PN/PVD）技术，2种表面强化技术的互补弥补了单一表面强化技术的部分性能缺点。通过基体、渗氮层、金属层、过渡层、镀层的有机结合，发挥各层的性能特点优势，渗氮层提高基体硬度的同时可以起到支撑降低膜层与基体之间硬度梯度的作用，使膜层承载能力得到改善，减少了因载荷过大导致膜层脱落失效的风险。这种更平滑的硬度梯度变化，使涂层受力在外载荷作用时减小，应力在界面上分布更均匀。这也使其比单纯的PVD涂层具有更强的承载能力，适用于磨擦磨损条件更苛刻的工作环境，服役周期延长。

SHI W等通过对比在Cr12MoV模具钢表面磁控溅射沉积Ti/TiN涂层和低温离子渗碳后再PVD沉积Ti/TiN薄膜复合处理工艺，模具零件表面的强度和硬度得到增强，且渗碳后镀膜性能更好。杨九州等首先采用离子渗氮技术结合多弧离子镀强化40Cr钢基体，在基体表面沉积硬质CrN涂层，使基体、渗氮层、CrN涂层形成硬度梯度，不仅增强了多弧离子镀CrN涂层的耐磨性，同时降低了涂层脱落失效的风险。张海洲等通过复合PVD 涂层模面处理工艺验证，解决薄板冲压生产中的拉伤缺陷，缩短了模具装配时间和调试周期及降低了制造成本。渗镀复合处理方法在一定程度上解决了单一工艺的不足，使复合处理层硬度更高、耐磨性更强、承载力更强。

辊式压花由于其快速、连续的批量生产过程，近年来受到越来越多的关注。曲面上的微观结构对轧辊的制造是一个挑战，HUANG T G等提出了一种利用新型阶梯旋转光刻和化学镀镍技术在辊模表面制备微结构的方法，在金属轧辊上制备平均高度为1.1 μm、宽度为23、45 μm的微槽轧辊微结构。复合涂层技术在涂层精细化方向和提供膜层功能性上仍然有广阔的发展空间，多种涂层技术的有机组合具有一定的发展潜力与可能性。

2.2 纳米涂层技术

在传统涂层材料中添加纳米颗粒，利用零维或一维纳米粉体材料的特性，通过气相沉积、喷涂、电镀或化学镀等制造工艺，可以制备纳米复合镀层[54]。R SCHWETZKE等在热喷涂制备纳米WC/12Co和WC/15Co涂层过程中，过饱和Co(W、C)基体在粒子冲击下的快速凝固导致形成非晶或纳米晶相，纳米颗粒弥散分布于非晶态富钻相中形成坚硬耐磨的W2C，涂层显微硬度明显增大，涂层的强度、耐磨、韧性、耐蚀、热障、抗热疲劳等性能显著提高。A NIEDERHOFER等采用物理气相沉积技术镀覆TiN系纳米涂层，利用纳米材料的超细化达到晶粒细化和晶界强化的目的，通过薄膜制备过程中掺杂微量的Si，使涂层中产生纳米级的晶粒细化，使沉积涂层具有更加优异的性能，硬度高、耐磨性好，已经广泛应用在模具零件表面。