热锻模的寿命问题一直受到业界人士的广泛关注。要提高模具寿命,最重要的是缓解热锻模温度波动区的热应力幅值。本文试图就热锻模模膛表面层区材料进行实验研制和优选,来探索缓解热锻模表面热应力的方法。涉及主要制备方法有等离子喷涂、等离子重熔以及等离子喷焊。本文首先总结了热锻模的各种失效形式,以及热锻模寿命和应力的关系,影响热锻模寿命的热物理性能参数；然后介绍了本文涉及到的等离子喷涂、等离子重熔和喷焊技术的研究现状。第二部分介绍了实验材料和实验方法。选W6Mo5Cr4V2高速钢为基体；粘结金属和粘结底层材料选用Ni60粉；陶瓷粉未选择了SiC粉,Cr₃C₂粉和WC粉。将Ni60粉和三种碳化物陶瓷粉末分别以70%／30%、80%／20%、90%／10%的比例混合,制成实验所需九种粉。然后设计了等离子喷涂-重熔和等离子喷焊实验,基体上喷涂Ni60-SiC涂层,Ni60-Cr3C2涂层,Ni60-WC涂层,再利用等离子弧对喷涂表面进行重熔；同时对另一部分试样采用喷焊法获得喷焊层。最后对等离子喷涂层和“一步法”“两步法”得到的覆层进行比较制定了对涂层进行检测的方案,主要包括采用金相显微分析、显微硬度测定和对主要热物理性能,包括材料的热膨胀系数口热传导系数兄和比热容C进行测定。第三部分对检测结果进行纵向对比分析。按陶瓷粉末种类分为三组,对每组中三种配比粉末的喷涂层,重熔层和喷焊层进行比较。首先分析了Ni60-SiC试样。从显微结构上,等离子喷涂层呈典型的层状结构,等离子重熔层基体和覆层结合良好,基体对覆层有一定程度的稀释,等离子喷焊层显微组织均匀致密；从显微硬度上进行分析,三种方法中喷焊的硬度最高,喷涂其次,重熔最差。随着SiC含量的增多,涂层的显微硬度增大；三种处理方法中喷焊试样的热物性参数是最好的。等离子喷焊的热膨胀系数和基体最接近,30%SiC试样的热膨胀系数是最小的。结论：30%SiC粉末采用喷焊方法得到的覆层最有利于缓解锻模的热应力。接着分析了Ni60-Cr3C2试样。从显微结构上和SiC类似,喷焊层组织均匀致密,是结合最好的；硬度上,喷焊的硬度最高,喷涂其次,重熔最差,随着Cr3C2含量的减少,覆层的显微硬度反而增大；三种处理方法中喷焊试样的热物性参数是最好的。结论：10%Cr3C2粉末采用喷焊方法得到的覆层最有利于缓解锻模的热应力。最后对Ni60-WC试样分析。显微结构是喷焊层最好；显微硬度分析表明,三种方法中喷焊的硬度最高,喷涂其次,重熔最差,随着WC含量的增加,覆层的显微硬度增大；三种处理方法中喷焊试样的热物性参数是最好的。结论：30%WC粉末采用喷焊方法得到的覆层最有利于缓解锻模的热应力。第四部分在第三部分检测结果的基础上,对30%SiC,10%Cr3C2,30%WC粉末试样进行横向的对比分析。从宏观形貌上来说,喷涂层表面粗糙,容易产生裂纹,喷涂厚度因为内应力大而受到制约；重熔层中间有一个烧蚀的凹坑,是重熔时喷枪反复经过中间,加热过度造成的；喷焊层表面光滑致密,厚度达到可2mm,覆层和基体结合良好。从微观形貌上分析,喷涂层是层状结构；重熔层组织细密,基体对覆层有不同程度的稀释,但涂层中没有硬质相；喷焊层覆层和基体形成良好的冶金结合,组织均匀细密,在过渡区形成增碳层或者平面晶带,增大了结合强度。在显微硬度方面,喷涂层的硬度和基体相当,但是在过渡区都有一个硬度的下降点；重熔层硬度比基体低,没有达到增大基体硬度的效果；30%WC喷焊层硬度和基体相近,并没有很大的提高,而30%SiC喷焊层和10%Cr3C2喷焊层硬度都远高于基体,达到强化基体硬度的作用。在热物性参数的分析中,热膨胀系数是对综合应力最敏感的。30%SiC喷焊层在比热容和热传导上是最满足耐热性要求的。在和理论最优粉末质量配比方案匹配方面,10%Cr3C2和理论值相差很大,加上缺少热膨胀系数实验数据,所以不能作为最优配比材料。30%WC喷焊层显微硬度没有达到预期效果,并且配比和理论值相差大,所以不能作为最优配比材料；30%SiC喷焊层实验效果比较好,并且配比和理论值很接近。综上所述：本实验中一步法比二步法的效果要好。采用喷焊的方法,选用30%SiC粉末得到的覆层,从宏观形貌,微观形貌,显微硬度和热物性参数上都满足热锻模表面的使用要求。