激光熔覆制备WC颗粒强化钴基合金涂层及其性能研究(2)
具产业的发展速度迅猛，年平均增速已达20%，模具市场份额已达1200亿元[1]
。但随着经济的
发展，人们对模具的品种、规格、寿命等要求也越来越高。模具使用性能，特别是使用寿命
会直接影响产品质量、加工效率和加工成本，同时影响着产品的市场竞争力。
常用模具材料分热作模具和冷作模具， 本课题研究的是热作模具用材料H13钢。 H13钢 （牌
号4Cr5MoSiV1）在国际上使用广泛[2]
。它具有较高的硬度和淬透性，良好的韧性、耐磨性、
热稳性、热强性和抗氧化能力以及耐热疲劳性能，被广泛应用于制造各种锻模和压铸模具。
近年来，H13钢的产量和用量已居各种热作模具钢的首位。
模具的质量会直接影响产品的质量，模具在生产使用过程中往往会发生各种不同情况的
失效，浪费人力物力财力，并会影响生产进度。热作模具在服役过程中既承受机械负荷，又
要承受热载荷。其主要失效形式有塑性变形、断裂（包括局部开裂、整体开裂和机械疲劳裂
纹）、热疲劳、热磨损和热熔损（包括侵蚀和腐蚀）等五种。
众所周知，模具的失效通常是从表面开始的，换言之，想要提高模具的使用寿命就必须
改善模具表面的组织和性能，因此要对模具采取必要的表面强化措施。这样既可以提高模具
表面的各种性能，并且模具内部也能保留足够的强韧性[3]
。采取有效措施对模具进行高质量
的修复，可大大节约生产成本，提高经济效益。
1.2 激光熔覆在模具表面强化中的应用
1.2.1 模具表面强化技术
表面工程技术即采用物理、化学、机械等方法，通过表面改性、表面涂覆或者复合处理
技术，改变材料表面的组织、化学成分、应力状态等在材料表面制备与基体材料不同的具有
特殊性能的覆层。
传统的常规热处理、表面淬火、堆焊、热扩渗及电镀铬等强化技术是模具热处理工艺的
重要组成部分；而近年来新发展起来的强化技术，如离子注入、离子渗氮、高能束表面改性、
化学气相沉积、物理气相沉积、热喷涂、电刷镀及化学镀等，也已经得到广泛应用；而新兴
的稀土、纳米表面工程技术等为人们带来了更多的选择，可赋予模具表面一些更新的性能，
将促进模具表面工程技术的进一步发展[4]
。1.2.2 激光表面强化技术
自从1960年第一台激光器由美国科学家梅曼成功研制出来，就由于其本身特有的优良属
性，很快就在科技研究和工业生产领域中得到了广泛的应用[7]
。随着国民经济的发展，其应
用范围已拓展到了工业、农业、医疗、航空、国防等各个领域，所获得的社会和经济效益也
将更加显著[5,6]
，其发展潜力不可限量。
激光表面改性技术是激光在表面工程领域中的一项新的应用，是二十世纪八十年代后逐
渐发展起来的一门新兴学科。该技术可以有效地提高金属材料表面的硬度、耐磨性和耐蚀性
等，从而大大改善材料的性能和提高使用寿命。激光表面处理技术具有改性层的组织致密、
稀释率低、受污染小、与基体呈冶金结合，热影响区小，处理速度快，工艺灵活，可与其他
表面技术结合使用，无须真空条件，无接触性加工等多重优点。目前，以激光表面改性技术
为基础的复合表面改性技术已经成为了一个重要的研究趋势[8,9]
。
根据激光能量密度和处理方式的不同，激光表面改性方式可分类为：激光表面熔覆、激
光表面淬火、激光表面非晶化、激光表面合金化、激光沉积、激光相变硬化和激光冲击强化