模具製造中的表麵強化技術是指（zhǐ）模具工作零件表麵經預處理後，通過單（dān）一或複合表麵技術處理，使模具工作零件獲得所需（xū）表麵或綜合（hé）性能的專業（yè）強化技（jì）術（shù）。該技術的（de）功能性、環保性和增效性等優勢在（zài）模具製造成本、模具（jù）質量和模具壽（shòu）命等方麵起著尤為重要的作用。在生產中，綜合考慮（lǜ）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（huò）取突出的經（jīng）濟效（xiào）益。

1、表麵強化技術在模具製造（zào）中的應用現（xiàn）狀

1.1 滲碳表麵化學熱處理

滲碳工藝是一種較常（cháng）使用（80%以上）的模具表麵強化技術（shù），該工藝主要（yào）針對塑料模（mó）具型（xíng）腔的表麵強化。經滲碳處理後的模具工作零件，可（kě）達到“外硬內韌”的效果，即工作零件表麵獲得硬度、

耐磨性、疲勞強度（dù）等性能的提升，而心部仍保持原來的塑韌性、強度，符（fú）合對模具工作零件使用（yòng）性能的（de）要求。具有滲速快、滲層深、成本低，且滲層和基體零件之（zhī）間具有較（jiào）完美的結合性能，

結合層之間實現平穩過渡。但操（cāo）作溫度較高（900～950℃），尤其是離子滲碳溫度可（kě）達1100℃，且滲碳後還需進行相應的熱處理，從（cóng）而（ér）導致模（mó）具變形的可能性加大，因此高精（jīng）度塑料模具不建（jiàn）議采用該項技術。

氣體滲碳溫度（dù）一般為920～950℃，經王榮濱試驗綜合評定（dìng）：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（tàn）質（zhì）量分數梯度應均（jun1）勻平緩（huǎn），淬火組織中（zhōng）不允許有粗條狀馬氏體，過（guò）多殘奧，網（wǎng）狀碳化物和黑色屈氏體。過高的碳質量分數易使模具零件組織（zhī）中出（chū）現網狀碳化（huà）物等惡性組織，影響（xiǎng）模具質量和壽命，在後續加工過（guò）程（chéng）中易出現應（yīng）力集中，產生（shēng）龜裂等（děng）現象。

離子滲碳（tàn）溫（wēn）度（dù）一般為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（lǐ）任何形（xíng）狀的模具零件表麵等優（yōu）點（diǎn），更適合（hé）在（zài）塑料模具和衝壓模具表麵強（qiáng）化加（jiā）工中應用（yòng）。

1.2 火焰表（biǎo）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（xīn）技術，它是利用（yòng）熱源（電（diàn）弧、離子弧、火焰（yàn）等）將噴塗材料加熱到熔融或半熔（róng）融（róng）狀態，並使其霧化，以一定的（de）速度噴向經過預處理的基體表麵，依靠物理變化和化學變化，與基體結合的工藝方法（fǎ），此結合層，能提高模具零件的耐磨、耐蝕、耐熱等性能，且操作簡（jiǎn）便，成本較（jiào）低。近年來，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，廣州有色金屬研究院采（cǎi）用超音速噴塗硬質合金工藝，使（shǐ）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具（jù）修複中也取得較（jiào）大（dà）進步，如華中（zhōng）科技大學材（cái）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（pēn）塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納米結構的WC12Co金屬（shǔ）陶瓷塗層，測（cè）得塗層（céng）平均剪切強度達150.8MPa，塗層（céng）的結合強度大於80 MPa，塗層硬（yìng）度高於1000HV。運用（yòng）HVOF技術（shù）對冷擠壓模修複後，完全能滿足企業的使用要求。

1.3 複（fù）合表麵電鍍技術

電鍍技術是一種用電化（huà）學方法在基體表麵沉積金屬（shǔ）或金屬化處理的技術。電鍍硬（yìng）鉻（gè）和硬鎳是我國（guó）塑料模具表麵（miàn）處理的傳統技術。該技術在近室（shì）溫下進行，模具（jù）性能幾乎不受影響，也（yě）不會出現嚴重變形，

同時電鍍層的表麵粗糙度較（jiào）低，硬度升高為（wéi）800HV。但仍存在諸多問題，如：耐蝕性不高，溝槽、深（shēn）孔無法處理，使其在模具強化中（zhōng）的應用受到一定限製，目前隻可用（yòng）於（yú）強化普通塑料模具的耐磨性，不適（shì）用於形狀複雜且（qiě）耐蝕性要求高的塑料模具。

目前，複合鍍是模具行業中鍍（dù）層技術（shù）應用（yòng）最有活力的領域。複合電（diàn）刷鍍（dù）可強化模具型腔表麵（miàn），也（yě）可用於修複模具（jù）型腔表麵。研究發現，在模具型腔表（biǎo）麵刷鍍非晶態鍍層（0.01～0.02mm），可延長壽命0.5～1.0倍。複合鍍層中可加入微粒（lì）的品種較多，且參（cān）數調整範圍較寬，可操作性強（qiáng），充（chōng）分（fèn）體現出鍍層的（de）多樣性和綜合性。大連理工（gōng）大學的於同敏、劉貴昌（chāng）等將Ni－P－PTFE複合鍍用於UPVC管件模具表麵強化，解決UPVC材料對模具表麵的腐蝕有明顯效（xiào）果，達到模具成型表麵耐磨耐腐蝕等綜合性能要求（qiú），但其硬度稍低。為此哈爾（ěr）濱工業大學的範會玉在Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微粒複合，應用在玻璃纖維增強的塑料成型模具中，實踐（jiàn）表（biǎo）明可使其壽命提高10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜技術

鍍膜技術也就是氣相（xiàng）沉積技術，是將具（jù）有特殊性能的穩（wěn）定化（huà）合物沉積於模具工作零件表麵，形成（chéng）超硬鍍膜，使模具工作零件具有優異性能。工業中使（shǐ）用頻率較高的穩定化合（hé）物主要（yào）有TiC、TiN、SiN等。

物理（lǐ）氣（qì）相沉（chén）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。該技術在20世紀（jì）初開始應（yīng）用，在最近30年發展迅速，成為了一門具有廣闊應用前（qián）景的新技術，並逐漸向環保型、清潔型趨勢發展，主要用於製造精（jīng）度較高的冷作模具。江西省科學

院應用物（wù）理研究所的彭文（wén）屹、張德（dé）元采用多弧離子鍍（dù）膜法對（duì）20根經TiN塗層處理的冷擠壓凸模（mó）進行實（shí）際使用壽（shòu）命試驗（yàn），發（fā）現其壽命提（tí）高1.5倍以上；廣州有色（sè）金屬研究院的林鬆盛、代明（míng）江對物理氣相沉積硬質薄膜在工模具上的應用進行了詳細研究（jiū），指出該技術能明顯提高模具的使（shǐ）用壽命和工（gōng）件加（jiā）工質量。但是PVD法也存在著諸如繞（rào）鍍性差等缺點，對形狀複雜（zá）的模（mó）具零件表麵進行處理存在一定限製。

化學氣相沉積（CVD）是在900～2000℃範圍內用化學方法使氣體在基（jī）體材料表（biǎo）麵發生化學反應並形成覆蓋層的（de）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（zhuàng）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（xiàng）關缺陷，例如在模具表麵強化中經常使用（yòng）的TiC塗層硬（yìng）度高，耐磨性好，摩擦因（yīn）數小，減摩性好，抗咬合（hé）性強（qiáng），大幅度提高模具的使用壽命（mìng）。但CVD法存在處理溫度高，仍需進行（háng）淬（cuì）火處理，會導致較大變形等缺陷，因此在高精度模具的製造（zào）中此技術的使用受到一定限（xiàn）製。

等離子增強（qiáng）化學氣相沉積（PCVD）是利（lì）用輝光放電增強反應（yīng）物化學活性，促進氣相間的化學反應，在低（dī）溫下沉積出優質鍍層的實用技（jì）術，是介於CVD和PVD之間的（de）一種（zhǒng）處理方法。用PCVD法將塗層鍍覆在模具工作（zuò）零件表（biǎo）麵，經實踐證明，經（jīng）濟效益非常可觀。重慶（qìng）工學院的張葉成、張津對PCVD技術在模具強化中的（de）應用（yòng）進行研究（jiū），發現利用（yòng）PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模具上沉積一層TiC，比無沉積（jī）膜層的模具壽命提高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表麵強化技術研（yán）究實驗室，自行設計製造了試（shì）驗設（shè）備（bèi）和輔（fǔ）助配套設施，並及時得到了（le）自然科學基（jī）金的資助。項目（mù）組研製了基於PCVD複合滲鍍法的模具表麵強（qiáng）化技術，具有（yǒu）工藝溫度低、均鍍性好和鍍層結合力高等優點，適用（yòng）於所（suǒ）有高溫回火模具和部分低溫回（huí）火模具（jù）的製備，是目前唯一一種（zhǒng）既適用於刀（dāo）具強化又適用於（yú）形狀複

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

並且應用前景非常廣闊（kuò）。

1.5 高能（néng）束流（liú）強化技術（shù）

高能束流強化技術具有非接（jiē）觸、精確可控、材料適應性廣、柔（róu）性強、質量優、資源節約和環境（jìng）友好等綜合優（yōu）勢，既可用於大批量高效自動化生產，又適用於（yú）多品種、小批量加工，甚至個性化產品（pǐn）的（de）訂製，是模具製造業中不可缺少的重要技術。其中，離子注入技術以其幾乎完美的強化效果在（zài）冷作模具、熱作模具和塑料模具等（děng）領域中得到（dào）廣泛應用（yòng），其平均壽命一般可提高2～10倍。有重大應用價值。

2、表麵強（qiáng）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（kě）以強化表麵，提（tí）高滲速，淨化穩定晶界，同時改善模具零件表麵組織、物（wù）理化學性能和（hé）機械加工性能（néng）。把稀土元素應用在複合表麵強化（huà）技術過程中，可獲得更加明（míng）顯（xiǎn）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（bèi）。除此之外，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（xiào）果尚不十分穩定，可（kě）見稀土元素應用於模具製造將（jiāng）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，尚有許多工作要做，如：複雜的模具型腔表（biǎo）麵塗層不均勻、沉積參數不明確、針對模（mó）具零件（jiàn）表麵（miàn）強化機理未明等問題。

3、結論

模具工作零件（jiàn）表麵強化技術可（kě）以在一定程度上彌補目前模具材料的一些（xiē）不足，並已顯現出極強的發展潛力，但就目前的模具零件表麵強化技術（shù）而言，仍存在一些不足，其應用也受到一定限製，隻要（yào）注重研究開發，一（yī）定會加快和完善表麵強化（huà）技術（shù）在模具製造過程中的應用（yòng）。

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