模具製造中（zhōng）的表麵強化技術是指模具工作零件表（biǎo）麵經預處理後，通過單一或複合表麵技術處理，使模具工作（zuò）零件獲得所需表麵或綜合性（xìng）能的專業強化技術。該技術的功能性、環保性和增效性等優勢在模具製造成本、模具質量（liàng）和模具（jù）壽命等方麵起著尤為重要的作用。在生產中（zhōng），綜合考慮該技術的特點、模具工作條件和生產的經濟（jì）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（liàng），獲取突出的經濟（jì）效益。

1、表麵強化技術在（zài）模具製造中的應用現狀

1.1 滲碳表麵化學熱處（chù）理

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

耐（nài）磨性、疲勞強度等性（xìng）能的提升，而心部仍保（bǎo）持原（yuán）來的塑韌性、強度，符合對模具工作零件使用性能的要求。具有滲速快、滲層深、成本低，且滲層和基體零件之間具有較完美的結合性能，

結合層之間實現（xiàn）平（píng）穩過渡。但操作溫度較高（900～950℃），尤其是離子滲碳溫度可達1100℃，且滲碳後還需（xū）進行相應的熱處理（lǐ），從而導致模具（jù）變形的可（kě）能性加大，因此高精度塑料（liào）模具不建議采用該項技術。

氣體滲（shèn）碳溫度一般為920～950℃，經王榮（róng）濱試驗綜合評定：滲碳層表麵最合理的含碳量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向（xiàng）內碳質量分數梯度應均（jun1）勻平緩，淬火組織中不允許有粗條狀馬氏體，過多殘奧，網狀碳化物（wù）和黑色屈氏體。過（guò）高的碳質量分數易使模具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（mìng），在後續（xù）加工過程中易出現應力集中（zhōng），產生龜裂等現（xiàn）象。

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

1.2 火焰表（biǎo）麵（miàn）熱噴（pēn）塗技術

熱噴塗技術是一種發（fā）展極為迅速的表麵強化新技術，它是利（lì）用熱源（電弧、離子弧（hú）、火焰等）將噴塗材料加熱到熔融或半熔（róng）融狀態，並（bìng）使其霧化，以一（yī）定的速度噴向經過預處理的基體表麵，依靠物理變（biàn）化和化學變化，與基體結合的工藝方法，此（cǐ）結合層，能提（tí）高模具（jù）零件的耐磨（mó）、耐蝕、耐熱（rè）等性能，且操作簡便，成本較低。近（jìn）年（nián）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（yǒu）色金屬研究院采用超音速噴塗（tú）硬質合（hé）金工藝，使Cr12不鏽鋼（gāng）拉（lā）深

模的（de）壽命（mìng）提高了3～10倍。同時該技術應用在模具修複中也（yě）取得較（jiào）大進步，如華中科技大學材料成形與模具技術國家重點實驗室的張（zhāng）祥林等采用超音速火焰噴塗（HVOF）技術（shù），在（zài）Cr12MoV模具鋼表麵製備了納米（mǐ）結構的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗層平均剪（jiǎn）切強度達150.8MPa，塗層的結合強度大於80 MPa，塗層硬度（dù）高（gāo）於1000HV。運用（yòng）HVOF技術對冷擠壓模修複後，完全能滿足（zú）企業（yè）的使用（yòng）要求。

1.3 複合表麵電鍍技術（shù）

電鍍技術（shù）是（shì）一種用電化學方法在基體表麵沉積金屬或金屬化處理的技術（shù）。電鍍硬鉻和硬鎳是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（hū）不受（shòu）影響，也不會出現嚴重變形，

同時電鍍層的表麵粗糙度較低，硬度升高為800HV。但仍存在諸多（duō）問（wèn）題，如：耐蝕性不（bú）高，溝槽（cáo）、深孔無法處（chù）理，使其在模具強化中的應（yīng）用受到一定限（xiàn）製，目前（qián）隻可用於強化普通塑（sù）料模具的耐磨性，不適（shì）用（yòng）於形狀複雜且耐蝕性要（yào）求高的塑料模具（jù）。

目前，複合鍍是模具行業中鍍（dù）層技術應用最有活力（lì）的領域。複合電刷鍍可強化模具型腔表麵，也可（kě）用於修複（fù）模具（jù）型腔表麵。研（yán）究發現，在模具型（xíng）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多，且參數調整範圍較寬，可操作性強（qiáng），充分體現出鍍層的多樣性和綜合性。大連理工大學的於同敏、劉貴昌等將（jiāng）Ni－P－PTFE複合鍍用於UPVC管件模具（jù）表麵強化，解（jiě）決UPVC材料對模具表麵的腐蝕有明顯效果，達（dá）到模具成型表麵耐（nài）磨（mó）耐腐蝕等綜合性能要求，但其硬度稍低。為此哈爾濱（bīn）工業大學的範會玉在Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微粒複合，應用在玻（bō）璃纖維增強的塑料成型模具中，實踐表明可使（shǐ）其壽命提高10倍（bèi）左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜技術

鍍膜技（jì）術也就是氣相沉積技術，是將具有特殊性能的穩定化合物沉積於模具工作（zuò）零件表（biǎo）麵，形成超硬鍍膜，使模（mó）具工作零件具有優異性能。工（gōng）業中使用頻（pín）率較高（gāo）的穩定化（huà）合物（wù）主要有TiC、TiN、SiN等。

物理氣相沉積（PVD）是用（yòng）物理方法使鍍膜材（cái）料汽化後在基體表麵沉積成覆蓋層的實（shí）用技術。該（gāi）技術在20世紀初開始應用，在（zài）最近30年發展迅速（sù），成為了（le）一門具有廣闊應（yīng）用前（qián）景的（de）新技術，並逐漸向環保型、清潔型趨勢（shì）發展，主要（yào）用於製造精度較高的冷作（zuò）模具。江西（xī）省科學

院應用物理（lǐ）研究所的彭文屹、張德元采用多弧離子鍍膜法對20根經TiN塗層處（chù）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、代明江（jiāng）對物理氣相沉積硬質薄膜（mó）在（zài）工模具上的應用進行了詳細研（yán）究，指出該技術能明顯提高模具的使用壽命（mìng）和工件加工質量。但是PVD法也存在著諸如（rú）繞鍍性差等缺點，對形狀複雜的（de）模（mó）具零件（jiàn）表麵進（jìn）行處理存在一定限製。

化學氣相沉積（CVD）是在900～2000℃範圍內（nèi）用化（huà）學方法使氣體在基體材料表麵發生化（huà）學反應並形成覆蓋層的實用技術。該技術（shù）沉積溫度（dù）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（dài）有槽溝（gōu）及小孔的零件（jiàn）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（qiáng）化中經常（cháng）使用的TiC塗層硬度高，耐磨性好，摩擦（cā）因（yīn）數（shù）小，減摩性好，抗（kàng）咬合性強，大幅度提高模（mó）具的使用（yòng）壽命。但CVD法存在處理溫度高，仍需進行淬火處理，會導致較大變形（xíng）等缺陷，因此在高（gāo）精度（dù）模具的製造中（zhōng）此技術（shù）的使（shǐ）用受到一定限製。

等離子增強化學氣相（xiàng）沉積（PCVD）是利用（yòng）輝光放電增強反應物化學活性，促進氣相間的（de）化學反應，在低溫下沉積出優質鍍層（céng）的實（shí）用技（jì）術（shù），是介於CVD和PVD之間的一種處（chù）理方法。用PCVD法將塗層鍍（dù）覆在模具工作零件表（biǎo）麵，經實踐證明，經濟效（xiào）益非常可觀（guān）。重慶工學院的張葉成、張津（jīn）對PCVD技術在模具強化中的應用進行研究，發現利用PCVD技（jì）術在W18Cr4V冷擠壓模具上沉（chén）積一層TiC，比無沉積膜（mó）層的模具（jù）壽命提高10倍以上；將PCVD法用於塑（sù）料製品模具上可提高模具壽命（mìng）1～4倍。北京航空航天（tiān）大學的陶冶教授籌建了PCVD表麵強化技術研究實驗室，自行設計製造了試（shì）驗設備和輔助配（pèi）套設施，並及時得到了自然科（kē）學基金的資助。項（xiàng）目組研（yán）製了基於PCVD複合滲（shèn）鍍法的模具表麵強化（huà）技術，具有工藝溫度低、均鍍（dù）性好和鍍層結合力高等優點，適用於所有高溫（wēn）回火（huǒ）模具和部分低（dī）溫回火模（mó）具的製備，是目（mù）前唯一一種（zhǒng）既適用於（yú）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（miàn）強化技術。由此（cǐ）可見，PCVD技術在模具零件強化領域中（zhōng）的應用已經有所成就，

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、精確可控、材料適（shì）應（yīng）性（xìng）廣、柔性強（qiáng）、質量優、資源節約和環（huán）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（liàng）加（jiā）工，甚至個（gè）性化產品的訂製，是模（mó）具製造業（yè）中不可缺少的重要（yào）技（jì）術。其中，離子注入技術以其（qí）幾乎完美（měi）的強化效果在冷作模具、熱作模（mó）具和塑料模具等領域中得到廣泛應（yīng）用，其平均壽命一般可提高2～10倍。有重大應用價（jià）值。

2、表麵強化技術在（zài）模（mó）具製造（zào）中的應用前景展望（wàng）

根據研究，稀（xī）土元素可以（yǐ）強化表麵，提高（gāo）滲速，淨化穩定晶界，同時改善模具零件表麵組織、物理化學性能和（hé）機械加工性能。把稀土元素應用在複合表麵強（qiáng）化技術過程中，可獲得更加明顯的效果。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（xī）土元素在化學沉積、電（diàn）沉積、噴塗和激光塗覆等方麵（miàn）都具有明顯的改善作用，但效果（guǒ）尚不十分（fèn）穩定，可見稀土（tǔ）元（yuán）素應用於模具製造將是今後研究的（de）重要方向。

隨著納米技術的飛速發展，其在提高模具的生產率和壽命方麵效果顯著。但該技術還存在許多不完（wán）善的地方，尚有（yǒu）許多工作要做，如：複雜（zá）的模具型腔表麵塗層不均勻、沉積參（cān）數不明確、針對模具零件表麵強化機理未明等問題（tí）。

3、結論

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

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