模（mó）具製造中的表麵（miàn）強化技術是指（zhǐ）模具工作零件表麵經預處理後，通過單一或複合表（biǎo）麵（miàn）技術處理，使模具工（gōng）作零件獲（huò）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勢（shì）在模具製造成本、模（mó）具質量和模具壽（shòu）命等方麵（miàn）起著（zhe）尤為重要的作用。在生產中，綜（zōng）合考（kǎo）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（xuǎn）擇眾因素的最佳匹配點，可顯著改善模具壽（shòu）命、質量，獲取突（tū）出的經濟效益。

1、表麵強化（huà）技術在模具製造中的應用（yòng）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（mó）具表麵強化（huà）技術（shù），該工藝主要（yào）針（zhēn）對塑料模具型（xíng）腔的（de）表麵強化。經滲碳處理後的模（mó）具工作零件，可達到“外硬內韌”的效果，即工作零（líng）件（jiàn）表麵（miàn）獲得硬度、

耐磨性、疲（pí）勞強度等性能的提升，而心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的要求。具有滲速快、滲層深、成（chéng）本低，且滲層和基體零件之間具有較完美的結合性能，

結合層之間實現平穩過渡。但操作溫度較高（900～950℃），尤其是離子滲碳溫度可達1100℃，且（qiě）滲碳後還需進（jìn）行相應的（de）熱處理，從而導致模具變形的可能性加大（dà），因（yīn）此高精度塑料（liào）模（mó）具不建議采用該項技術（shù）。

氣體滲碳溫度一般為920～950℃，經王榮濱試驗綜合評定：滲碳層表麵（miàn）最合理的含碳量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層（céng）由外向內（nèi）碳質量分數梯度應均勻平緩，淬火組織中（zhōng）不允許有粗條狀馬氏體，過多殘奧（ào），網狀（zhuàng）碳化物和黑色屈氏體。過高的碳質（zhì）量分數（shù）易（yì）使模具零件組織（zhī）中出現網狀碳化物等惡性組織，影響模具（jù）質量和（hé）壽（shòu）命（mìng），在後續加工過程（chéng）中易出現應力集中，產生龜裂等現（xiàn）象。

離子滲（shèn）碳（tàn）溫度一般為900～960℃，與氣體（tǐ）滲碳比較（jiào），離子滲碳具（jù）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 火焰表麵熱噴塗技術（shù）

熱噴塗技術是一種發展極為迅速的表麵強化新技術，它是（shì）利用熱源（電弧、離子弧（hú）、火焰等）將噴塗材料加熱到（dào）熔（róng）融或半（bàn）熔融狀態（tài），並（bìng）使其霧（wù）化，以一定的速度噴向經過預處理的基體表麵，依靠（kào）物理變化和化學變化，與基體結合的工（gōng）藝方法，此（cǐ）結合層，能（néng）提高模具零件的耐磨、耐蝕、耐熱等性能，且操作簡便，成（chéng）本較低。近年來，該項技術在（zài）模具表麵強化中的應用得到進一步發展和完善，廣州有色（sè）金屬研究院（yuàn）采用超音速噴塗硬質（zhì）合金工藝，使Cr12不鏽鋼拉深

模的壽命提高（gāo）了3～10倍。同時該技術應用在模具修複中也取得較大進步，如華中科技大學材料成形（xíng）與模具技術國（guó）家（jiā）重點實驗室的張祥林等采用超音速火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納米（mǐ）結（jié）構的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗層平均剪切強度達150.8MPa，塗層（céng）的結合強度大於80 MPa，塗層硬度高於（yú）1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓模修複（fù）後，完全能滿足企業的使用要求。

1.3 複合表麵電鍍技術

電鍍技術是一種（zhǒng）用電（diàn）化學方法在（zài）基體表（biǎo）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傳統技（jì）術。該技術在近室溫下進（jìn）行，模具性能幾乎不受影響，也不會出現嚴重變形，

同時電鍍層（céng）的表麵粗（cū）糙度較低，硬度升高為800HV。但仍存在諸多問（wèn）題，如：耐蝕性不高，溝槽、深孔無法處理，使其在模具強化中的應用受（shòu）到一定限製，目（mù）前隻可用於強化（huà）普（pǔ）通塑料模具的耐磨性（xìng），不適用於形狀複雜且耐蝕性要（yào）求（qiú）高的塑料模具。

目前，複合鍍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（miàn），也（yě）可（kě）用於修複模具型腔表麵。研究發現，在模具型腔（qiāng）表麵刷鍍非晶（jīng）態鍍層（0.01～0.02mm），可延長壽命0.5～1.0倍。複（fù）合鍍層中可加入微粒（lì）的品種較多，且（qiě）參數調整（zhěng）範圍較寬，可操作性強，充分體（tǐ）現出鍍層的多樣性和綜合（hé）性。大連理（lǐ）工大學的於同（tóng）敏、劉貴昌等（děng）將Ni－P－PTFE複合鍍用於UPVC管件模具表麵強化，解決UPVC材料對模具表麵（miàn）的腐蝕（shí）有明顯效（xiào）果，達（dá）到模具成型表麵耐磨耐腐蝕等綜合性能要求，但其硬度稍低。為此哈爾濱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（yòng）在（zài）玻璃纖維增強的塑料成型模具中，實踐表明可使其壽（shòu）命提高（gāo）10倍（bèi）左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜技術

鍍膜技（jì）術也就（jiù）是氣相沉積技術，是將具有特殊性能的穩定化合（hé）物沉積於模具工作零件表麵，形成超硬鍍膜，使模具工作零件具有優異性能。工業中使用頻率較高的穩定化合物主（zhǔ）要有TiC、TiN、SiN等。

物（wù）理氣相沉積（PVD）是用物理方法使鍍膜（mó）材料汽化後在基體（tǐ）表麵（miàn）沉積成（chéng）覆蓋（gài）層的實用（yòng）技（jì）術。該技術在（zài）20世（shì）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術，並逐漸向環保型、清潔型趨勢（shì）發展，主要用於製造精度較高的冷作模具。江西（xī）省科學（xué）

院應用物理研究所的彭文屹、張德元采用多弧離子鍍膜法對20根（gēn）經TiN塗層處理的冷擠壓凸（tū）模進行（háng）實際使用壽命試驗，發現（xiàn）其壽命提高1.5倍以上；廣州有色金屬研究院（yuàn）的林鬆盛、代明江對物理氣相沉（chén）積硬質薄（báo）膜在工模具上的應用進行了詳細研究，指出該技術能明顯（xiǎn）提高模具的使用壽命和工件加工質量。但是PVD法也存在著（zhe）諸如繞鍍性（xìng）差等缺點，對形狀複雜的模具零件表麵進行處理存（cún）在一定（dìng）限（xiàn）製。

化學（xué）氣相沉積（CVD）是在900～2000℃範圍內用化（huà）學方法使氣體在基體（tǐ）材料表麵發生化學反應並形成覆蓋（gài）層的實用技（jì）術。該技術沉積溫度（dù）高、塗層結合牢固，對模（mó）具零件表（biǎo）麵形狀幾乎沒有要求，諸如形（xíng）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（wù）理氣（qì）相沉積的相關缺陷，例如在模具表（biǎo）麵強化中經常使用的TiC塗層硬度高（gāo），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。但CVD法存在處理溫度高，仍需進行淬火處理（lǐ），會導致較大變形等缺陷，因此在高精度模具的製造中此技（jì）術（shù）的使用受（shòu）到一定限（xiàn）製。

等離子增強化（huà）學氣相沉積（PCVD）是利用輝光放電增強反應物化學活性，促進氣相間的化學（xué）反應，在低溫下沉積出優質鍍層的實用技術，是介於CVD和PVD之間的一種處理方法。用PCVD法將（jiāng）塗層鍍覆在模具工作零件表麵（miàn），經實踐證明，經濟效益非常可（kě）觀。重慶工學院的張葉成、張津對PCVD技術在模（mó）具強化中的應用進行研究，發現利用PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模具上沉積一層TiC，比無沉積膜層的模具壽命（mìng）提高10倍以上（shàng）；將PCVD法用於塑料（liào）製品（pǐn）模具上可提高模具壽命1～4倍（bèi）。北京航空航天大學的陶冶教授籌建了PCVD表麵強化技術研究實驗室，自（zì）行設計製（zhì）造了試驗設（shè）備（bèi）和輔助配（pèi）套設施，並及時得到了（le）自然科學基金的資助。項目（mù）組研製了基於PCVD複合（hé）滲鍍法的模具表麵（miàn）強化技術，具有工藝（yì）溫度低、均鍍性好和鍍層結合力高等優點，適用於所（suǒ）有高溫回火模具（jù）和部分低溫回火模具的製備，是目前唯（wéi）一（yī）一種既適用於刀具強化又適用於形狀複（fù）

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

並且（qiě）應用前景非常（cháng）廣闊。

1.5 高能束流強化技術

高能束流（liú）強化技術具有非接（jiē）觸、精（jīng）確（què）可控（kòng）、材料適應性廣、柔性強（qiáng）、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（shēng）產，又（yòu）適（shì）用於多品種、小批量（liàng）加工，甚至個（gè）性化產品的（de）訂製，是（shì）模具製造業中不可缺少的重要技術。其（qí）中，離子注入技術以其幾乎完美的強化效果在冷作模具、熱作模具和塑料模具等領域中得到廣泛應用，其平均（jun1）壽命一般可提高（gāo）2～10倍。有重大（dà）應用（yòng）價值。

2、表麵強化技術在模具（jù）製造中的應用（yòng）前景展望

根據（jù）研究（jiū），稀土元素可以強化（huà）表麵，提高（gāo）滲速，淨化穩定晶（jīng）界（jiè），同（tóng）時改善模具零件表麵組織、物理（lǐ）化學性能和（hé）機械加工性能。把（bǎ）稀（xī）土元素應（yīng）用在複合表（biǎo）麵強化技術過程中（zhōng），可（kě）獲（huò）得更加明顯的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加入稀土，可使模具型腔麵的耐磨壽命延長近5倍。除此之（zhī）外，稀土元素在化學沉積、電沉積、噴塗和激光塗覆等方麵都具有明顯的改善作用，但效果尚不十分穩定，可見稀土元素應用於模具製造將（jiāng）是今後研究的重要方向。

隨著納（nà）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（shù）還存在許（xǔ）多不完善的地方，尚有許多工作（zuò）要（yào）做，如：複雜的模具型腔表麵塗層不（bú）均勻、沉積（jī）參數（shù）不明確、針對模具零件表麵強化機理未（wèi）明等問題。

3、結論

模具工（gōng）作（zuò）零件表麵強化技術可以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（qiáng）的發展（zhǎn）潛力，但就（jiù）目前（qián）的模具零件（jiàn）表麵強化技術而言，仍存在（zài）一些不足（zú），其應用也受到一定限製（zhì），隻要注重研究開發，一定會（huì）加快和完善表麵強化技術（shù）在模具製造過程中（zhōng）的應用。

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