模具是工业生产中大量应用的消耗件之一，如何提高它的使用寿命一直是国内外关注的研究热点。我国模具使用寿命只有国外的1/2-1/3，其质量相当于国外50-60年代水平，即精度低、加工周期长。鉴于模具的失效大都由表面开始。因此，发展和应用表面改性处理工艺是综合改善模具使用寿命的关键。 模具主要依靠其表面进行工作，因此，模具的失效80％以上为表面损伤，如磨损、疲劳、腐蚀等。对模具表面进行处理，可以提高表面硬度，改变表层化学成分和组织，因而，可以提高其耐磨性、抗粘附性、疲劳抗力和耐腐蚀性。模具表面性能的提高，不仅可以有效的延长模具的使用寿命，降低生产成本，而且还能提高被加工件的表面质量。 本文首先介绍了几种常用的热作模具表面强化方法及其特点。既包括传统的表面淬火技术热扩渗技术、堆焊技术和电镀硬铬技术，又包括近20年来迅速发展起来的激光表面强化技术、物理气相沉积技术(PVD)化学气相沉积技术(CVD)、离子注入技术、热喷涂技术、热喷焊技术、复合电镀技术、复合电刷镀技术和化学镀技术等。表面强化技术应用于热作模具钢的表面处理，可达到如下目的：提高模具型腔表面硬度、耐磨性、耐蚀性和抗高温氧化性能，大幅度提高模具的使用寿命。提高模具型腔表面抗擦伤能力和脱模能力，从而提高生产率；经表面涂层或合金化处理过的碳素工具钢或低合金钢，其综合性能可达到甚至超过高合金化模具材料及硬质合金的性能指标，从而可大幅度降低材料成本；可以简化模具制造加工工艺和热处理工艺，降低生产成本；可用于模具的修复等再制造工程。 然后，以热作模具中具有代表性的摆动辗压模具为例，分析及主要失效原因。(1)热疲劳失效。在热摆辗模具工作时，热应力较大。摆辗成形时坯料与模具的直接接触为周期性的，而这种直接接触热传导比在间隙期以辐射和对流方式的热传导要强得多，所以模具上每一点都将承受交变热应力作用，从而导致模具热疲劳失效：(2)变形失效。摆辗成形时上模锥尖部位从辗压过程开始一直到结束均与高温锻件接触，模具迅速升温，在工作中回火，从边缘部位向中心越来越显著，造成硬度逐步下降。从而导致上模锥尖部在压力作用下沿金属受力方向产生塑性变形甚至塌陷。此外，辗压模具与工件间存在着粘着(磨擦)磨损，模具也会受到腐蚀，所以被喷焊的表面应既具有耐磨性能，又应具有耐蚀性能。鉴于它的这种失效特点，本文先对热喷焊涂层的成分和厚度进行了设计，再对加工处理的温度进行确定以及用粉量进行了概算。 本课题采用45号钢作为热作模具材料基体材料，45号钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。本文中热喷焊所用的材料主要是自熔性合金粉末。由于具有自行脱氧造渣的能力，从而与基材形成良好的结合。粉末材料的主要特点是可喷焊材料的范围特别广，调整合金涂层成分比较容易。涂层材料为镍基碳化钨及钴基碳化钨，针对镍基碳化钨和钴基碳化钨自熔性合金粉末的特点，由于其熔点较高，氧乙炔火焰喷焊工艺难以达到良好较果，且热作模具的服役条件较为艰苦，对涂层的各项性能要求较高。因此，本课题采用气稳等离子喷焊方法进行试验。气稳等离子喷涂是用气体产生等离子体并稳定等离弧的喷涂方式。电弧将气体加热到很高的温度，使气体电离，在热收缩效应、自磁收缩效应和机械压缩效应的作用下，电弧被压缩，产生非转移型等离子弧。高温等离子气体从喷嘴喷出后，体积迅速膨胀，形成高温高速等离子射流。送粉气流推动粉末进入等离子射流后，被迅速加热到熔融或半熔融状态，并被等离子射流加速，形成飞向基材的喷涂粒子束，陆续撞击到经预处理的基材表面，形成涂层。本文，根据热作模具表面强化的特点对气稳等离子喷焊工艺进行了研究，以及气稳等离子喷焊的强化理论进行了分析，并对在工艺中常见缺陷产生原因与预防措施进行了论述。 最后，为了说明气稳等离子喷焊在热作模具表面强化的效果，通过一系列的实验数据来证明。采用的实验方法有：金相图、SEM、电子探针、硬度测试、耐热性、耐磨性和耐腐蚀性试验。实验结论证明气稳等离子喷焊的工艺特点在热作模具强化方面具有一定的优势。采用不同的涂层材料是为了使该课题能有更为广泛的应用性。 在耐腐蚀方面，粉末的成分差别是造成喷焊层耐蚀性不同的主要因素。喷焊材料耐蚀性在很大程度上取决于其化学成分：Ni、Cr、Fe、C、Mo、Cu等，都对其耐蚀性好坏有显著的影响。对材料抗点蚀能力影响最大的是Cr，相对Cu，Mo而言，Cr含量对材料抗点蚀有显著的影响，其原因是Cr为构成钝化膜的主要元素，材料中不含Cr或含量过低，其表面无法形成稳定致密的钝化膜，故不耐腐蚀。适量加入Cr能形成稳定的钝化膜，使耐点蚀性显著提高。Cr含量过高，则又会在晶界上析出大量铬的硼、碳化合物，如CrB、Cr23C6析出相的存在使表面化学结构不均匀性突出，反而降低材料的抗点蚀性。Mo的加入在一定程度上也可以提高材料的抗点蚀性。 就检测结果而言无论是镍基合金还是钴基合金通过等离子喷焊处理之后与基体都得到了良好的结合。在本课题中，采用镍基合金粉末所强化的对象主要为工作温度偏低，加工对象较为简单的一类热作模具钢，因为镍基碳化钨粉末的耐磨性与硬度要高于钴基碳化钨但其红硬性不如钴基碳化钨。另外从经济方面考虑，镍基粉末的价格比钴基粉末的价格更为便宜但其应用前景更为广泛。但对于高温工作下要承受来自轧件机械负荷和热负荷的热作模具钢，则必需采用钴基碳化钨粉末作为工作涂层，因为钴基碳化钨有很好的红硬性。