H13鋼的表面改性
壓鑄模具的使用壽命決定於很多因素：模具設計的合理性，模具材料選擇正確性，模具機械加工和熱處理工藝的合理正確制訂，當然還應涉及模具的使用條件和維護。其中模具材料的質量和熱處理是相當重要的關鍵因素。熱處理應包括整體工件的熱處理和工件的表面改性。相關的標準主要有北美壓鑄協會標準、法國汽車工業會、德國鋼鐵協會、材料協會和壓鑄協會的標準，還有通用汽車、福特汽車的推薦標準等。對H13鋼整體熱處理和檢測十分重要，我們將另有專論。
H13鋼鍛模和鋁合金壓鑄模的表面改性目前主要在以下兩個方面：（1）鐵素體氮碳共滲和硫氮碳共滲技術和（2）PVD塗層技術。國內外在這兩方面進行的研究論文有了發表， 但具體工業應用報導不多。專門從事材料表面改性技術的法國HEF集團在一些國際性會議上以論文形式報導了H13鋼表面改性工業應用的實例，同時艾福表面處理技術（上海）有限公司（HEF Shanghai）結合舍福表面處理技術有限公司（TS Shanghai）的實踐匯同國外的相關文獻（尤其是NADCA的專家和Case Western Reserve 大學教授的工作）作一定描述。
國內普遍認為， 熱疲勞發生龜裂損傷和熱磨損是熱作模具失效的兩大主要原因。這方面，國外的相關文獻敘述得十分明確：模具的損壞和限制模具壽命上升的三個機製為：1)液態金屬鋁的粘焊（soldering）和化學沖蝕損傷。2)磨損和腐蝕。3)熱疲勞開裂。其中1)是最重要的失效機制。他們提出採用鐵素體氮碳共滲和離子氮化能顯著提高工具鋼的模具壽命。國內有關鋁熔損的試驗指出，當模具材料硬度為45HRC時，未表面處理的鋁熔損率高達54.90％時，當採用鹽浴硫氮碳共滲，其熔損率僅為0.10％，當採用鹽浴氮碳共滲（軟氮化）后在加上PVD處理時，熔損率更明顯降低至0.10％。由此可見H13鋼的表面改性的效果十分明顯。
解決H13鋼表面改性問題的最佳途徑是在模具材料表面塗覆硬膜，使其不被鋁合金熔液潤濕，同時塗覆的硬膜也賦予模具材料表面的腐蝕磨損抗力。HEF集團對汽車轉向操作系統的鋁合金工件壓鑄成型模具中的挺桿（38CDV5，相當於H13鋼）表面沉積3μm厚的CERTESS SD 塗層，其硬度可達4000～4500HV，使用溫度可達800℃，還可抗鋁合金的黏結，使用壽命提高至10萬次，是未進行沉積處理挺桿的6~7倍。
對如何獲得這種不被液態金屬潤濕的硬質膜， Colorado School of Mines(CSM)的D.Zhong和J.J.Moore等提出多層優化塗膜的結構是：①先對H13模具基體進行表面改性，如採用鐵素體氮碳共滲或離子滲氮；②50～100nm的結合中間層（adhesion interlayer）如Ti或Cr；③調整基材和塗層之間由於壓鑄作業引起的熱殘餘應力的中間過度層（intermediate graded layer），這可應用有限元模擬方法確定，他們舉例認為，這取決於所選的工作硬化層，當工作層選用Al2O3層時，這中間過渡層為Ti－Al－N梯度層；④工作塗層，與液態金屬或玻璃不相潤濕（non wetting）， 對Al合金壓鑄，可採用CrN，TiAlN，TiCB和Al2O3等。相應多層結構膜總厚在5～8μm之間。
在模具工件上通過PVD技術獲得優異質量的塗層， 應該依賴於高性能的設備和能優化選擇的工藝參數。這種設備最好具有下述技術要求：①塗覆處理溫度低；②繞塗性好；③塗層沉積均勻；④採用增強離化率技術；⑤精確的塗層成分控制；⑥一定的沉積速率；⑦能進行多層複合塗；⑧能得到納米結構的塗層；⑨具有PVD和CVD的工作模式；⑩能邊塗覆邊刻蝕，獲得最佳的塗層質量。
法國HEF集團發展並應用等離子體增強磁控濺射（PEMSTM）技術對塗層的沉積過程進行精確的控制。應用PEMSTM技術可以達到塗層最高理論密度。HEF集團真空塗層設備和技術因此在世界上處於領先地位。概括地說，HEF的設備和技術的主要優勢在於：
1) 可以獨立地對離子的流量和能量進行控制，從而得到最高密度和性能的塗層；
2) 採用獨特的OES系統對等離子體波長進行測量，實現塗層成分的精確控制；
3) 獲得的所有硬質塗層都具有納米級（≤20nm）結構；
4) 低電壓、高真空度環境下均勻的轟擊，可以極大地減弱尖角效應；
5) 在抽真空的同時進行加熱，充分迅速地去除水分，獲得優質、高效的沉積效果；
6) 最低處理溫度可達到80℃，可用於對幾乎所有材料，包括鋁合金和聚合物材料進行塗層加工；
7) 一台設備同時擁有PVD和PACVD加工模式，給客戶的技術升級以充分的支持。
法國HEF集團通過艾福表面處理技術（上海）有限公司已在上海舍福表面處理技術有限公司（上海松江）投資引入兩種系列的PVD/PACVD設備，現在能塗覆的硬膜塗層主要有CrN、CrxNY、TiN、TiBN、TiCN、TiALN和類金剛石DLC膜，他們對PVD塗膜前的H13鋼基材等的表面改性採用液體硫氮碳共滲或液體氮碳共滲也具有鮮明特色，稱作為Sursulf/Arcor（舍舍夫/阿可）技術或Tufftride/ Tenifer（由其2001年併入HEF集團的德國子公司Durferrit提供）。
結束語
1) H13鋼是世界上普遍使用的強韌兼具的熱作模具鋼，具有高的淬透性和抗熱裂能力。很多場合應用於製造鋁合金壓鑄模具。
2) H13鋼的國內牌號為4Cr5MoSiVl，現在正在向低Si高Mo方向發展。
3) H13鋼的表面改性主要有鐵素體氮碳共滲或者硫氮碳共滲以及物理氣相沉積硬膜等方法， 更為優越的辦法是這些方法進行合理組合。
