模具製造中的表麵強化技術（shù）是指模（mó）具工作（zuò）零（líng）件表麵經預處理後，通過單一或複合表麵技術處理，使模具（jù）工作零件獲得所需表麵或綜合性能的專業強化技術。該技術的功能性、環保性和增效性等優（yōu）勢在模具製造成（chéng）本、模具質量和模具壽命等方麵起著尤為重要的作用。在生產中，綜（zōng）合考慮該技術的特點、模具工作條件和生產的經濟性等因素，選擇眾因素（sù）的最佳匹配點，可顯著改善模具壽命、質量，獲取（qǔ）突出的經（jīng）濟效益。

1、表麵強化技術（shù）在模具製造中的應（yīng）用現狀

1.1 滲碳表麵化學熱處理

滲碳工藝是一種（zhǒng）較常使用（80%以上（shàng））的模具表（biǎo）麵（miàn）強化技術，該工藝主要針對塑（sù）料模具型腔的表麵強化。經滲碳處（chù）理後的模具工作零件，可（kě）達到“外硬內韌”的效（xiào）果，即工作零件表麵獲（huò）得硬度、

耐磨性、疲勞強度等性能的（de）提升，而心部仍保持原來的塑韌（rèn）性、強度，符合對（duì）模具工作零件使用（yòng）性能的要求。具有滲速快（kuài）、滲層深、成（chéng）本低，且滲層和基體零件之（zhī）間具（jù）有較完美的結合性能，

結合層之間實現平穩（wěn）過渡。但操作溫度較高（900～950℃），尤其是離子（zǐ）滲（shèn）碳溫度可達1100℃，且滲碳（tàn）後還需進行相應的（de）熱處理，從（cóng）而導致模具變（biàn）形的可能性加大，因此高精度塑料模具不建議采用該項技術。

氣體滲碳溫度一（yī）般為920～950℃，經王榮濱試驗綜合評定：滲（shèn）碳層表麵最合理的（de）含碳（tàn）量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向內碳質量分（fèn）數梯度應均勻（yún）平緩，淬火組織中不允許（xǔ）有粗條狀馬氏體，過多殘（cán）奧（ào），網狀碳化物（wù）和黑色屈氏體。過高的碳質量分數易使模具（jù）零件組織中出現網狀碳化物等惡性組織，影響模具質量和壽命，在後續加工過程中易出現（xiàn）應力（lì）集中，產生（shēng）龜裂等現（xiàn）象。

離子滲碳溫度一般為（wéi）900～960℃，與氣體滲（shèn）碳比較，離子滲碳具有效率高、變形小、汙染小、可處理（lǐ）任何形狀的（de）模具零件表麵等優點，更適合在塑（sù）料模具和衝壓模具表麵強化加工中應用。

1.2 火焰表麵熱噴塗技術

熱噴塗技術是一種（zhǒng）發展極為迅（xùn）速的表麵強化新技術，它是利（lì）用熱源（電（diàn）弧、離子弧、火焰等）將噴（pēn）塗材料加熱到熔（róng）融或半熔融狀態，並使其霧化，以一定的速（sù）度噴向（xiàng）經過預處（chù）理的基（jī）體表麵，依靠物理變化和（hé）化學變化，與基體結合的工藝方法，此結合層，能提高模具（jù）零件的耐磨、耐蝕、耐熱等性能，且（qiě）操作簡便，成本較低。近年來（lái），該項技術在模具表麵強化中的應用得到（dào）進一步發展和完（wán）善，廣州（zhōu）有色金屬研（yán）究院采用超音速噴塗硬質合（hé）金工藝，使Cr12不鏽鋼拉深

模的壽命（mìng）提高了3～10倍。同時該技術應用在模（mó）具修複中也取得較大進步，如華中科（kē）技大學材料成形與模具技術國家重點實驗室的張祥林等采用超音速火（huǒ）焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製（zhì）備（bèi）了（le）納米結構的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗層平均剪切強度達150.8MPa，塗（tú）層的結合強度大於80 MPa，塗層硬（yìng）度高於1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓模修複後，完全能滿足企業的（de）使用要求。

1.3 複合表麵電鍍技術

電鍍技（jì）術是一種用電化學方法在基（jī）體表麵沉（chén）積金屬或金屬（shǔ）化處（chù）理的技術（shù）。電（diàn）鍍硬鉻和硬鎳是我（wǒ）國塑料模（mó）具表麵處理的傳統技術。該技術在近（jìn）室溫下進行，模具性能幾乎不受影響，也不會出現嚴重變形，

同時電（diàn）鍍層的表麵（miàn）粗糙度較（jiào）低，硬度升高為800HV。但（dàn）仍存在諸多問題，如：耐蝕性不（bú）高，溝槽、深孔無法處理，使其在模具（jù）強化中的應用受到一定限製，目前隻可用於強化普通塑料（liào）模具的耐磨性，不適用於形狀複雜且（qiě）耐蝕性要求高的塑料模具（jù）。

目前（qián），複合鍍是模具行業中鍍層技術（shù）應用最有活（huó）力的領域。複合電刷鍍可強化模具型腔表麵，也可用（yòng）於修複模具型腔表麵（miàn）。研究發現，在模具型（xíng）腔表麵刷鍍非晶態鍍層（0.01～0.02mm），可延長壽命0.5～1.0倍。複合（hé）鍍層中可加入微（wēi）粒的品種較多，且參數調整範圍較寬（kuān），可操（cāo）作性強，充分體現出鍍（dù）層的多樣性和綜合性。大連理工大學的於同敏、劉貴（guì）昌等將Ni－P－PTFE複合鍍用於UPVC管件（jiàn）模具表麵強化，解決UPVC材料對模具表麵的腐蝕有明（míng）顯（xiǎn）效果，達到模具成型表麵耐（nài）磨耐腐蝕（shí）等綜合性能要（yào）求，但其硬度稍低。為此哈爾濱工（gōng）業大學的範會玉在Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微粒複（fù）合（hé），應用在玻璃纖維增強的塑料成型模具中，實踐表明可（kě）使其壽命提高10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍（dù）膜技術

鍍膜（mó）技術也就是氣相沉（chén）積技術，是將具有特殊性能的穩定化合物沉積（jī）於模具工作零件表麵，形成（chéng）超（chāo）硬鍍膜，使模（mó）具工作零件具有優異性能。工（gōng）業中使用頻率較（jiào）高的穩定化合物主要有TiC、TiN、SiN等。

物（wù）理氣（qì）相沉積（PVD）是用物理方法使鍍膜材料汽化後在基體表麵沉積成覆蓋層的實用（yòng）技（jì）術。該技術在20世紀初開始應用，在最近30年發展迅速，成為了一門具有廣闊應用前景的新技（jì）術，並逐漸向環保型、清（qīng）潔型趨勢發展，主（zhǔ）要（yào）用於（yú）製造精度較高的冷作模具。江西省科學

院應用物理研究所（suǒ）的彭文屹、張德（dé）元采用多弧離子鍍膜法對20根經TiN塗層處理的冷擠壓凸模進行實際使用壽命試驗，發現其壽命提高1.5倍以上；廣州有色金屬研究院的林鬆盛、代明（míng）江對物理（lǐ）氣相沉（chén）積硬質薄膜在工模具上的（de）應用進行了詳細研究，指出該技術能明顯提高模具的使用壽命（mìng）和（hé）工（gōng）件加工質量。但是PVD法也存在著諸如繞鍍（dù）性差（chà）等缺點，對（duì）形狀複雜的（de）模具零件表麵進行處理存在一定限（xiàn）製。

化學氣相沉積（CVD）是在900～2000℃範圍內用化學方法使（shǐ）氣體在基（jī）體材料表麵發生化學（xué）反應並形成覆蓋層的（de）實用技術（shù）。該技術沉積溫度高、塗層結合牢固，對模具零件表麵形狀幾乎沒有要求，諸如形狀複雜或帶有槽溝及小孔的零件均可進行均勻塗覆，彌補（bǔ）了物理氣相沉積的相關缺陷，例如在模具表麵強化中經常使（shǐ）用的TiC塗層硬度高，耐磨性好，摩擦因數小，減摩性好，抗（kàng）咬合性強，大幅度提（tí）高模具的使（shǐ）用壽命（mìng）。但CVD法存在處理溫度高，仍需進行淬火處理，會（huì）導致較大變形等缺陷，因此在高精度模具的製造中此技術的（de）使用受到（dào）一定限製。

等離子增強化學氣相沉積（PCVD）是利用輝光放電增強反應物化學活（huó）性，促進氣相間的化學反應，在低溫下沉（chén）積出優質鍍層的實用技術（shù），是介於（yú）CVD和PVD之間的一種處理方法（fǎ）。用PCVD法將塗層鍍覆在模具工作零件表麵，經實踐證明（míng），經濟效益非（fēi）常可觀（guān）。重慶工（gōng）學院（yuàn）的張（zhāng）葉（yè）成（chéng）、張（zhāng）津對PCVD技術（shù）在模具強化中的應用（yòng）進行研究（jiū），發現利用PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓（yā）模具上沉積一層TiC，比無沉積膜層的模（mó）具壽命提高10倍以上；將PCVD法用於塑料製品模具上可提高（gāo）模具壽命1～4倍。北京航空航天大學的陶冶教授籌建了PCVD表麵強化技術（shù）研究實驗室，自行設計（jì）製造了試驗設備和輔（fǔ）助配套設施，並及時得到了自然（rán）科學基金的（de）資助（zhù）。項目組研製了基於PCVD複合滲鍍法的模具表麵強化技術，具有工（gōng）藝溫度低、均鍍性好和鍍層結合力高等優點，適（shì）用（yòng）於所有高溫回火模具和部分（fèn）低溫回火模具的製備，是目前唯一一種既適用於刀具強化又適用於形狀複

雜的模具表麵強（qiáng）化的氣相沉積表麵強化技（jì）術。由此可見，PCVD技術在模具零件（jiàn）強化領域中的應用已經有所成就，

並且（qiě）應用前景非常廣闊。

1.5 高能束流強化技術

高能束流強化技術具有非接觸、精確可控、材料適應性廣、柔性強、質量（liàng）優、資（zī）源節約和環境友好等綜合優勢，既可用於大批量高效自動化生產，又適用於多品種、小批量加工，甚至個性化產品的訂製，是模具製（zhì）造（zào）業中不可缺少（shǎo）的重要技術（shù）。其中（zhōng），離子注入（rù）技術以其幾乎完（wán）美的強化效果在（zài）冷作模具、熱作模具和塑料模具等領域中得到廣泛應用，其平均壽命一般可提高2～10倍。有重（chóng）大應用（yòng）價值。

2、表麵強化技術在模具製造中的應用前景展望

根據研究，稀土元素可以強化表麵，提高滲速，淨化穩定晶界，同時改善模具零件表麵組織、物理化學性（xìng）能和機（jī）械加工性能（néng）。把稀土元素應用在複合表麵強化技術過程中（zhōng），可獲得更加明顯的效果（guǒ）。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加入稀土（tǔ），可使模具型腔麵的耐磨壽命延長近5倍。除此之外，稀土元（yuán）素在化學（xué）沉（chén）積、電沉積、噴塗和激光塗覆等（děng）方麵都具（jù）有明顯（xiǎn）的改（gǎi）善作用，但效果尚不十分穩（wěn）定，可見（jiàn）稀土元素應用於模具製造將是今後（hòu）研究的（de）重要方向。

隨著納米（mǐ）技術的飛速發展，其在提高模具的生產率和壽命方麵（miàn）效果顯著。但該技術還存在許多不完善的地方，尚有許多工作要做，如（rú）：複雜的模具型腔表（biǎo）麵塗層不均勻、沉積參數（shù）不明確、針對模具零件表麵強化機（jī）理未明等問（wèn）題。

3、結論

模具工作零件表麵強化（huà）技術可以（yǐ）在一定程（chéng）度上彌補目前模具材料的一些不足，並已顯現出極強的發展潛（qián）力，但就目前的模具零件表麵強化技術而言，仍存在一（yī）些不足，其應用也受到一定限製，隻要注重研究開發，一定會加快（kuài）和完善表麵強化技術在模具製（zhì）造過程中的應用。

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文章關鍵詞：注塑模具工作零件表麵（miàn）強化技術應用研究