模具製造（zào）中的表麵強化技術是指模具工作零件表麵經預處理後，通過（guò）單一或複合表麵技（jì）術處理，使模具工作（zuò）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（xìng）、環保性和增效性等優勢在模具製造成本、模具（jù）質（zhì）量（liàng）和模具壽命等方麵起著尤為重要的作用。在生產中，綜合考（kǎo）慮該技術的特點、模具工作條件和生產的（de）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，獲取突出的經濟（jì）效（xiào）益。

1、表（biǎo）麵強化技術在模具製造中的應用現狀

1.1 滲碳表麵化學熱處理

滲碳工藝是一種較常使用（80%以上）的模具表麵強化技術（shù），該工（gōng）藝（yì）主要針對塑料模具（jù）型腔的表麵（miàn）強化。經滲碳處理後的模具工作零件，可達到“外硬內韌”的（de）效果，即工作零件表麵獲得硬度、

耐磨性（xìng）、疲勞強度等性能的提升，而心（xīn）部仍保持原來的塑韌性、強度，符合對模具工作零件使用性能（néng）的要（yào）求。具（jù）有滲（shèn）速快、滲層深、成本低（dī），且滲層和基體零件之間具有較完美（měi）的結合性能，

結合層之間實現平穩過渡。但操作溫度較高（gāo）（900～950℃），尤其是離子滲碳溫度可達1100℃，且（qiě）滲碳後還需進行相應的熱處理（lǐ），從而導（dǎo）致模具變形的可能（néng）性加大，因此高精度塑料模（mó）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（bīn）試（shì）驗綜合評定：滲碳層表麵最合理的含碳量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向內碳質量分數梯度應（yīng）均勻平緩，淬火組織中不允許有（yǒu）粗條狀馬氏體，過多殘奧，網狀碳（tàn）化物和黑色屈氏體。過高的碳（tàn）質量分數易使模具零件組織中出現網狀（zhuàng）碳化（huà）物等惡性組（zǔ）織，影響（xiǎng）模具質量和壽（shòu）命，在後續加工過程中易出現應力（lì）集（jí）中，產生龜裂等現象。

離子滲碳溫度一般為900～960℃，與（yǔ）氣體（tǐ）滲碳比較，離子滲碳具（jù）有效率高、變形（xíng）小、汙染小、可處理任何（hé）形（xíng）狀的（de）模具零件表麵等優點，更適合在塑（sù）料模具（jù）和衝壓模具表麵強化加工中應用。

1.2 火焰表麵熱噴塗技（jì）術

熱噴塗技術是一種（zhǒng）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）將噴塗材料加熱到熔融或半熔融狀態，並（bìng）使其霧化，以一定的速度噴向經過預處理的基體表麵，依靠物理（lǐ）變化和化學變化（huà），與基（jī）體結合的工藝方（fāng）法，此結合層，能提高模具零（líng）件的耐磨、耐蝕、耐熱等性能，且操作簡便，成本較低。近（jìn）年來，該項技術在模具表麵強化中的應用得到進（jìn）一步發展和完善，廣州有色金屬（shǔ）研究院采用（yòng）超音（yīn）速噴塗（tú）硬質合金工藝，使Cr12不鏽（xiù）鋼拉深

模的壽命提高了3～10倍。同（tóng）時（shí）該技術應用在（zài）模具修複中也取得較大進步，如華中科技大（dà）學材料成形與模具（jù）技術國家重點實驗室的張祥林等采用超音速火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模（mó）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，塗層硬度高於1000HV。運用HVOF技術（shù）對冷擠壓模修複後，完全能滿足（zú）企（qǐ）業的使用要求。

1.3 複合表（biǎo）麵電鍍技術

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

同（tóng）時電鍍層的表麵粗糙度較低，硬度升高（gāo）為（wéi）800HV。但仍存在諸多問題，如：耐蝕性不高，溝槽（cáo）、深孔無法（fǎ）處理，使其在模具強化（huà）中的應用受到（dào）一定限製，目前隻可用於強化普通塑料模具的耐磨性，不（bú）適用於（yú）形狀複雜且耐（nài）蝕性要求高的塑料模具。

目前，複合鍍（dù）是模具行業中鍍層技術應用最有活力的領域。複合電刷鍍可強化模具型腔表麵，也可用於修（xiū）複模（mó）具型腔表麵。研究發現，在模具型腔表麵刷鍍非晶態鍍（dù）層（céng）（0.01～0.02mm），可延長壽命0.5～1.0倍。複合鍍層中可加入微粒的品種較（jiào）多，且參數調整範圍較（jiào）寬，可操作性強，充分體現出鍍（dù）層的多樣（yàng）性和綜合性（xìng）。大連理（lǐ）工大學的於同敏、劉貴昌等將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顯效果，達到模（mó）具成型表麵耐（nài）磨耐腐蝕等綜合（hé）性能要求（qiú），但（dàn）其硬度稍低。為此（cǐ）哈爾濱工業大學（xué）的範會玉在Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微粒複合（hé），應用在玻璃纖維增強的塑料成型模具中（zhōng），實踐表明可使其壽命提高10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵（miàn）鍍膜技術

鍍膜技術也就是氣相沉積（jī）技術，是將具有特殊性能（néng）的穩定化合物沉（chén）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（jiàn）具有優異性能。工業中（zhōng）使用頻率較高的穩定化合物主要有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實用技術（shù）。該技（jì）術在20世紀初（chū）開始應用，在最近30年發展迅速，成為了一門具有廣闊應用（yòng）前景的新技術，並逐漸向環（huán）保型、清（qīng）潔型趨（qū）勢發展，主要（yào）用於製（zhì）造精度較高（gāo）的冷作模具。江西省（shěng）科學

院應用物（wù）理研究所的彭文屹、張（zhāng）德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（shí）際使（shǐ）用壽命試驗，發現其壽命提高1.5倍以上；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（yòng）進行了詳細研究，指出該技術能明顯提高模具的使用壽命和工件加工質量。但（dàn）是PVD法（fǎ）也存在著諸如繞鍍性差等缺點，對形狀複雜的模具零件表麵（miàn）進行處理（lǐ）存在一定限製。

化學氣（qì）相沉積（CVD）是（shì）在900～2000℃範圍內用化學方法使氣體在基體材料表麵發生化學反應並形成覆蓋層的實用技術。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（rú）形狀複雜或帶有槽溝及小孔的零件均可進行均勻塗覆，彌補了物理氣相沉積的相關缺陷，例如在模具表麵強化（huà）中經常使用的TiC塗層硬度高，耐磨性好，摩擦因數小，減摩性好，抗咬合性強，大幅度提高模具的使用壽命（mìng）。但CVD法（fǎ）存在處理溫度高（gāo），仍需進行淬火（huǒ）處理（lǐ），會（huì）導致較大變形（xíng）等缺陷，因此在高精（jīng）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（xué）氣相沉積（PCVD）是利用輝光放（fàng）電增強反應物（wù）化學活（huó）性，促（cù）進氣相間的化學反應，在低溫下沉積出優質（zhì）鍍層的實用技術，是介於CVD和PVD之間（jiān）的（de）一（yī）種處理方法。用PCVD法將塗層鍍覆在模具工作（zuò）零件表麵，經實踐證明，經濟效益非常可觀（guān）。重慶工學院的（de）張葉成、張津對PCVD技術（shù）在模（mó）具（jù）強化中的應用進行研究，發現利用PCVD技術在W18Cr4V冷（lěng）擠壓模具上沉積一層TiC，比無沉積膜層的模具壽命提高（gāo）10倍以上；將PCVD法用於塑料製品模具上可提高模具壽命1～4倍（bèi）。北京航空航天大（dà）學的陶冶教授籌建了PCVD表麵強化技術研究實驗室（shì），自行設計製造了（le）試驗設備和輔助配套（tào）設施，並及時（shí）得到了自然科學基（jī）金的資助。項目組研（yán）製了基（jī）於（yú）PCVD複合滲鍍法（fǎ）的模具表（biǎo）麵強化技術，具有工藝溫度低（dī）、均（jun1）鍍性好和鍍層結合力高等優點，適用於所有高溫（wēn）回火模具和部分低溫回火模具（jù）的製備，是目前唯一一種既適用於刀具強化又（yòu）適（shì）用於形狀複

雜（zá）的模具表麵強化的氣相沉積表麵強（qiáng）化技術。由此可見，PCVD技術在模具零件強化領域中的應用已經有（yǒu）所成（chéng）就，

並且應用前景非常廣闊。

1.5 高能束流強化技術

高能束流強化技術具有非接觸（chù）、精確可控、材料適應性廣、柔性強、質量優、資源（yuán）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，是模具製造業中不可缺少的（de）重要技術（shù）。其中，離子注（zhù）入技術以其幾乎完美的強化效（xiào）果在冷作模具、熱作模具和塑料（liào）模具等領域（yù）中得（dé）到廣泛應用，其平均壽命一般可提高2～10倍（bèi）。有重大應用價值。

2、表麵（miàn）強化技術在模具製造中的應用前景（jǐng）展望

根據研究，稀土元素可以（yǐ）強化表麵，提高滲速，淨化穩（wěn）定晶界，同時（shí）改善模具零件表麵組織、物理化學性能和機（jī）械加（jiā）工性能。把稀（xī）土（tǔ）元素應用在複合表麵強化（huà）技術過程中，可獲（huò）得更加明（míng）顯的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層（céng）中（zhōng）加入稀土，可使模具型腔麵的（de）耐磨壽命延長近5倍。除此之外，稀土（tǔ）元素在化學（xué）沉積、電沉積、噴塗（tú）和激光塗覆等方麵都具（jù）有（yǒu）明顯（xiǎn）的改善作用，但效果尚不十分穩定，可（kě）見稀（xī）土元素應用於模具製造將是今後研究的（de）重要方向（xiàng）。

隨（suí）著納（nà）米技術的飛速發展，其在提（tí）高模具的生產率（lǜ）和壽命方麵效果顯著。但（dàn）該技術還存在許多不完善的地方，尚有許（xǔ）多工作要做，如：複雜的模具型腔表麵塗層不均勻、沉積參數（shù）不明確、針對模具零件表麵（miàn）強化機理未明等（děng）問題。

3、結（jié）論

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

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