模具製造（zào）中的表麵強化技術是指（zhǐ）模具工作零件（jiàn）表麵經預處理後，通過單一或複合表麵技術處理，使模具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（xìng）和增效性等優勢在模具製造成本、模具（jù）質量和模具壽命等方麵起著尤為重要的作用（yòng）。在生產中，綜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，選擇眾因素的最佳匹配點，可顯著改善模具壽命、質量，獲取突出的（de）經濟效（xiào）益。

1、表麵強化技術在模具（jù）製造中（zhōng）的應用現狀

1.1 滲碳表麵化學熱處理

滲碳工藝（yì）是一種較常使用（80%以上）的模具表麵（miàn）強化技術，該工藝主要針對塑料模具型腔的表麵強化。經（jīng）滲碳（tàn）處理後的模具工（gōng）作零件，可（kě）達到“外硬內韌”的效（xiào）果，即工作（zuò）零件表（biǎo）麵獲得硬度（dù）、

耐磨（mó）性、疲勞強度等性能的提升，而心部（bù）仍保（bǎo）持原來的塑韌性、強度，符合對模具工作零件使用性能的要求。具有滲速（sù）快、滲層深、成本低，且（qiě）滲層和基體零件之間具有（yǒu）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（shì）離子滲碳溫（wēn）度可（kě）達1100℃，且滲碳後還需進行相應的熱處理，從而導致模（mó）具變形的可能性加大，因此高（gāo）精度塑料模具不建議采用該項技術。

氣體滲碳溫度一般為920～950℃，經王榮濱試驗綜（zōng）合評定：滲碳層表麵最合理的含碳（tàn）量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向內碳質量（liàng）分數梯度應均勻平緩，淬火組織（zhī）中不允許有粗條狀馬氏體，過多殘奧，網狀碳化物和（hé）黑色屈氏體。過高的碳質（zhì）量分數易使模具零件（jiàn）組織中（zhōng）出現網狀碳化物等惡性組織，影（yǐng）響模具質量和壽（shòu）命，在後續加工過程中易出現應力集中，產生龜裂等現象。

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

1.2 火焰表麵（miàn）熱噴塗技術

熱噴塗技術是一種發展極為迅速的表麵強化新技術，它是利用熱源（電弧、離子弧、火焰等（děng））將噴塗材料加熱到熔（róng）融或半熔融狀態，並使（shǐ）其霧（wù）化，以一（yī）定的速（sù）度噴向經（jīng）過預處理的基體表（biǎo）麵，依靠物理變化和（hé）化學變化，與基體（tǐ）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（rè）等性（xìng）能，且操（cāo）作簡便，成本較低。近年來，該項技術在模具表麵強化中（zhōng）的應用得到進一步發展和完善，廣州有色金屬研究院采用超音速噴（pēn）塗硬質合金工藝，使Cr12不鏽鋼拉（lā）深

模的壽命提高了（le）3～10倍。同時該技術應用在模具修複中也取得較大進步，如華中（zhōng）科技大學材料（liào）成（chéng）形（xíng）與模具技術國家重點實（shí）驗室的張祥林等采（cǎi）用超音（yīn）速火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納米結構的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗層平均剪切強度達150.8MPa，塗層的結合強度大於80 MPa，塗層硬度高（gāo）於1000HV。運用HVOF技術對冷擠（jǐ）壓模（mó）修複後，完全能（néng）滿足企業的使用要求。

1.3 複合表麵電鍍（dù）技術

電鍍技術是一種用電（diàn）化學方法在基體表麵（miàn）沉積金屬或（huò）金屬化處理（lǐ）的技術（shù）。電鍍硬鉻和硬鎳是（shì）我國塑料模具表麵處理的傳統技術。該技術在近室溫下進行，模具性能幾乎不受影響，也不會出現嚴重變形（xíng），

同時電鍍層的表麵粗糙度較低（dī），硬度升高為800HV。但仍存在諸多問題，如：耐蝕性不高，溝槽、深孔無（wú）法（fǎ）處理，使其在模具強（qiáng）化中的應用受到一定限製，目（mù）前隻可用於強化普通塑料模（mó）具的耐（nài）磨性，不適用於形狀複雜且耐（nài）蝕性要求高的塑料模具。

目前，複合鍍是模具行業中鍍層技術應用最（zuì）有活（huó）力的領域。複合電刷鍍可強化模具型腔表麵，也可用於修複模具型腔表麵。研究發（fā）現，在模（mó）具型腔表麵刷鍍非晶態鍍層（0.01～0.02mm），可延長壽命0.5～1.0倍（bèi）。複合鍍層中可加入微粒的品種（zhǒng）較多，且參數調（diào）整範圍較寬，可操作性強，充分體現出鍍層（céng）的多樣性和綜合性。大連理工大學的於（yú）同（tóng）敏、劉貴昌等（děng）將Ni－P－PTFE複合鍍用於UPVC管件（jiàn）模具表（biǎo）麵強化，解決UPVC材料（liào）對模具（jù）表麵的腐蝕有明顯（xiǎn）效果，達到模具成型表麵耐磨耐腐蝕等綜合性能要求，但其硬度稍（shāo）低。為此哈爾濱工業大學的範會玉在Ni－P的基礎上，將（jiāng）PTFE與SiC微粒（lì）複合，應用在玻璃纖維（wéi）增強的塑（sù）料成型模具中，實踐表明可使其壽命提（tí）高10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜技術（shù）

鍍膜技術（shù）也就是氣相沉積技術，是將（jiāng）具（jù）有特殊性能（néng）的穩定化合（hé）物沉積於模具工作（zuò）零件表麵，形成超硬鍍（dù）膜，使模具工作零件具有優（yōu）異性能。工業中使用頻率較高的穩定化合物（wù）主要有TiC、TiN、SiN等。

物理氣相沉積（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（de）實用技術。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（guǎng）闊應用前景的新技術，並逐漸向環保型、清潔型趨勢發展，主要用（yòng）於製造精（jīng）度較高的冷作模具。江西省科學

院應用物（wù）理（lǐ）研究所的（de）彭文屹、張德元采用多弧離子鍍（dù）膜法對20根經TiN塗層處（chù）理的冷擠壓凸模進行實（shí）際使用壽命試驗，發（fā）現其壽命提（tí）高（gāo）1.5倍以上（shàng）；廣州有色（sè）金屬研究院的林鬆盛、代明江對物理氣相沉積硬質薄膜在工模具上的應用進行了詳（xiáng）細研究，指（zhǐ）出該（gāi）技術能（néng）明顯提高模具的使用壽命和工件（jiàn）加工質量（liàng）。但是PVD法也存在著諸如繞鍍性（xìng）差等缺點，對形（xíng）狀複雜的模具（jù）零（líng）件（jiàn）表麵（miàn）進行處理存在（zài）一定限製。

化學氣（qì）相沉積（jī）（CVD）是在（zài）900～2000℃範圍內用化學（xué）方法使氣體在基體材料表麵發生化學（xué）反應並形成覆蓋層的實用技術。該技術沉積（jī）溫度高、塗層（céng）結合牢固，對（duì）模具零件表麵形狀幾乎沒有要求，諸如形狀複雜或（huò）帶有槽溝及小孔的零（líng）件均可進行均勻塗（tú）覆，彌補了物理氣相沉積的相關（guān）缺陷（xiàn），例如在模（mó）具表麵強化中（zhōng）經常使用的TiC塗層硬度高，耐磨性好，摩擦因數小，減（jiǎn）摩性好，抗咬合性強，大幅度提高模具的使（shǐ）用壽命。但CVD法存在處理溫度高，仍需進行淬火處（chù）理，會導致較大（dà）變形等缺陷，因此（cǐ）在高精度模具的製造中此技術的使用受到一定限製。

等離子增強化學氣相沉積（PCVD）是利用輝光放（fàng）電增強反應物化學活性（xìng），促進氣相間的化學反（fǎn）應，在低溫下（xià）沉積出優質鍍層的實用技術，是介於CVD和PVD之間的一種處理方（fāng）法。用PCVD法將塗層鍍覆在（zài）模具工作零件表麵，經實踐證明，經濟（jì）效益非常可觀。重慶工學（xué）院的張葉成、張津對（duì）PCVD技術（shù）在模具強化中的應用進行研究（jiū），發現利用PCVD技術（shù）在（zài）W18Cr4V冷擠（jǐ）壓模具上沉積一層TiC，比（bǐ）無沉積膜層的模具壽（shòu）命提高10倍以上；將PCVD法用於塑料製（zhì）品模具上可提高模（mó）具壽命（mìng）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（yàn）室，自行設計製造了試驗設備和輔助（zhù）配套設施，並及時得到了（le）自然（rán）科學基金的資（zī）助。項目組研製（zhì）了（le）基於PCVD複合滲鍍法的模具表麵強化技術，具有（yǒu）工藝溫度低、均鍍性好和鍍層（céng）結合力高等（děng）優點，適用於所有高溫回火模（mó）具（jù）和部分低溫回火模具的製備，是目前唯一一（yī）種既（jì）適（shì）用（yòng）於刀具強化又適用於（yú）形狀複（fù）

雜（zá）的（de）模具表麵強化的氣相沉積表麵強化技術。由此可見，PCVD技術在模具零（líng）件（jiàn）強化領域中的應用已經有所成就，

並且應用前（qián）景非常廣闊。

1.5 高能束流強化技術

高能束（shù）流強化技術具有非接觸、精確可控、材料適應性廣、柔性強、質量優、資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（pī）量加工，甚至個性化產品的訂製，是模具製（zhì）造業中不可缺少的重要技術。其（qí）中，離子注入技術（shù）以其幾乎（hū）完美的強化效果在冷作（zuò）模具（jù）、熱作模具和塑（sù）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。有重大應用價值。

2、表麵強化技術在模具製造中（zhōng）的應用前景展望

根據研究，稀土（tǔ）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（líng）件表麵組織（zhī）、物理化學性能和機械加工性能。把稀土元素（sù）應用在複（fù）合表麵強化技術過程中，可獲得更加（jiā）明（míng）顯的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加入稀土，可（kě）使模具型腔麵（miàn）的耐磨壽命（mìng）延長（zhǎng）近5倍（bèi）。除（chú）此之外，稀土元素在化學沉積、電（diàn）沉積、噴塗和激光塗覆等方麵都具（jù）有明顯（xiǎn）的改（gǎi）善作用，但效果尚不（bú）十分穩定，可見稀土元素（sù）應用於模具製造將是今後研究的重（chóng）要方向。

隨著納米技術（shù）的飛（fēi）速（sù）發展，其在（zài）提高模具的生產率和壽命方麵效果顯著。但該技術還（hái）存在許多不完（wán）善的地方，尚（shàng）有許多工（gōng）作要做，如：複雜的模具（jù）型腔表（biǎo）麵塗層不均（jun1）勻（yún）、沉積參數不明確、針對模具零件表麵強化機理未明（míng）等問題。

3、結（jié）論

模具工作零件（jiàn）表麵強（qiáng）化技術可以（yǐ）在一定程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力，但就目前的模具零件表（biǎo）麵強化技術而（ér）言，仍存在一些不足，其應用也受到一定限製，隻要注重研究開（kāi）發，一定會加快和完善表麵強化技（jì）術在模具製造過程中的應用。

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