模具製造中的表麵強化技（jì）術是指模具工作零（líng）件表麵經預處理後，通過單一（yī）或複合表麵技術處理，使模具工作零件獲得（dé）所需表麵或綜合性能的專（zhuān）業強化技（jì）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、模具質量和模具壽命等方麵（miàn）起著尤為重（chóng）要的作用。在生產中，綜合考慮該技術的特點、模具工作條件和生（shēng）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（jù）壽（shòu）命、質量，獲取（qǔ）突出的（de）經濟效益。

1、表麵強化技術在模具製（zhì）造中（zhōng）的應用（yòng）現狀

1.1 滲碳表麵化學熱處理

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

耐磨性、疲（pí）勞強度等性能（néng）的提升（shēng），而心部仍保持（chí）原來（lái）的塑韌性、強度，符合對（duì）模具工作零件使用性能（néng）的（de）要求（qiú）。具有滲速快、滲層（céng）深、成本低，且滲（shèn）層和基體零（líng）件（jiàn）之間具有較完美的結合（hé）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℃，且滲碳後還需進行相應的熱處理，從而導致模具變形的可能性加大，因此高精度塑（sù）料模具不建議采用該項技（jì）術。

氣體滲碳溫度（dù）一般為920～950℃，經王榮濱試驗（yàn）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勻平緩，淬火組織中不允許有粗條狀馬氏體，過多殘奧，網（wǎng）狀（zhuàng）碳化物和黑色屈氏體。過（guò）高的碳質量分數易使模具零件組織中出現網狀碳化（huà）物等惡性組織，影響模具質量和壽命，在後續加工過程中易出現應力集中，產生龜裂等現象。

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

1.2 火焰（yàn）表麵熱噴塗技術

熱噴塗技術是一種發展極為迅速（sù）的表麵強化新技（jì）術，它是利用熱源（電弧、離子弧（hú）、火焰等）將噴塗（tú）材料加熱到（dào）熔融或半熔融狀態，並使其霧化，以一定的速（sù）度噴向經過預處理的基體表麵（miàn），依靠物理變化和化學變化，與基體（tǐ）結合的（de）工藝方（fāng）法，此結合層，能提高模具（jù）零件的耐磨（mó）、耐蝕（shí）、耐熱等性能，且操作簡（jiǎn）便，成本較（jiào）低。近（jìn）年來，該項技（jì）術在（zài）模具表麵強（qiáng）化中的應用得到（dào）進一步發展和完善，廣州（zhōu）有色金屬研究院采用超音速噴塗硬質合金工藝，使Cr12不鏽鋼拉深

模的壽命提高了3～10倍。同時該技術（shù）應用在模具修複中也取得較大進步，如華中（zhōng）科技（jì）大學材（cái）料成形與模（mó）具技術國家重點實（shí）驗室的張（zhāng）祥林等采用超音速火焰噴塗（HVOF）技術（shù），在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納米結構的WC12Co金屬陶瓷塗層，測（cè）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技術對冷擠壓模修複後，完全能滿足企業的使用（yòng）要（yào）求。

1.3 複合表麵電鍍技術

電鍍技術是一種用電化學方法在基體表麵沉積金屬或金屬（shǔ）化處理（lǐ）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。該技術在近室溫下進行，模具性能幾（jǐ）乎不受影響，也不會出（chū）現嚴重（chóng）變形，

同時電鍍層的表（biǎo）麵粗糙度較（jiào）低，硬度升高為800HV。但仍存在諸多問題，如：耐蝕性不高，溝槽、深孔無法處理，使其在模具強化中的應用受到一定（dìng）限製，目前隻可用於強化普通塑料模具的（de）耐磨性，不（bú）適用於形（xíng）狀複雜且耐蝕（shí）性（xìng）要（yào）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有活力的領（lǐng）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（jiū）發現，在模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。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，充分體現出鍍層的（de）多樣性和綜合性。大連理工大學的於同敏、劉貴（guì）昌等將（jiāng）Ni－P－PTFE複合鍍用於UPVC管件模（mó）具表麵強化，解決UPVC材料對模具表麵的腐蝕有明（míng）顯效果，達到模具成型（xíng）表麵耐磨耐腐蝕等綜合性能（néng）要求，但其硬度稍低。為此哈（hā）爾濱（bīn）工業大學的範會玉在（zài）Ni－P的基（jī）礎上，將（jiāng）PTFE與（yǔ）SiC微粒（lì）複合，應用在玻璃纖維增強的塑料成型（xíng）模具（jù）中，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（shù）

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

物理氣相沉積（PVD）是（shì）用物理方法使鍍膜（mó）材料汽化後在（zài）基體表麵沉積成覆蓋層的實用（yòng）技術。該技術（shù）在20世紀初開始應用，在最近30年發展迅速，成為了一門具有廣闊應用前景的新技術，並逐漸向（xiàng）環保（bǎo）型、清潔型趨勢發展，主要用於製造精度較高的冷作模具。江西省科學

院應用物（wù）理研究所的（de）彭文屹、張德元采用（yòng）多弧離子鍍膜（mó）法對20根經TiN塗層處理的冷擠壓凸模進行實（shí）際使用壽（shòu）命試驗，發現其壽命提高1.5倍以上；廣州有色金屬（shǔ）研究院的林鬆盛、代（dài）明江對（duì）物理氣相（xiàng）沉積硬質薄膜在工模具上的應用進行了詳細研究，指出該技術能明顯提（tí）高模具的使用壽命和工件加工質量。但是（shì）PVD法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℃範圍內用化學方法使氣體在基體材料表麵發生化（huà）學反（fǎn）應並形（xíng）成覆蓋層（céng）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，諸如形狀複雜或帶有槽溝及小孔的（de）零件均可進（jìn）行均勻塗覆，彌補了（le）物理氣相沉積的相關（guān）缺陷，例如在模具表麵強化中經常使用的TiC塗層（céng）硬度高，耐磨（mó）性好，摩擦因數小，減摩性好（hǎo），抗咬合性強，大幅度（dù）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，會導致較大變形等缺陷，因此在高精度（dù）模具的製造中此技術的使（shǐ）用受到一定限製。

等（děng）離子增強化學氣相沉積（PCVD）是利用輝光放電增強反應物化學活性，促進氣（qì）相間（jiān）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法將塗層鍍覆在模具工作零（líng）件（jiàn）表麵，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技術在模具強化中（zhōng）的應用進（jìn）行（háng）研究，發現利用PCVD技術在W18Cr4V冷擠（jǐ）壓模具上沉積一層TiC，比（bǐ）無沉積膜層的模具壽命（mìng）提高（gāo）10倍（bèi）以上；將PCVD法用於塑料製品模具（jù）上可（kě）提（tí）高（gāo）模具壽命1～4倍（bèi）。北京航空航天（tiān）大學的（de）陶冶教授籌建了PCVD表麵強化技（jì）術（shù）研究（jiū）實驗室，自行設計製造（zào）了試驗設備和輔助配（pèi）套（tào）設施，並及時（shí）得到了自然科學基金的資助。項目組研製了基於（yú）PCVD複合（hé）滲鍍法的（de）模具表麵強化技術，具（jù）有工藝溫度低、均鍍性好和鍍層結合力高等優點，適用於所有高溫回火模（mó）具和部分低溫回火模具的製備，是目前唯一一（yī）種（zhǒng）既適用於刀具強化又適用於形狀複

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

並且應用前景非常廣闊。

1.5 高能束流強化（huà）技術

高能束（shù）流強化技術具（jù）有非接觸、精確可（kě）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（hé）優勢，既可用於大批量高效自動化生產，又適（shì）用於多品種、小批量加工，甚至個性化產品的（de）訂製，是模具製造業中不可缺少的重要技（jì）術。其中，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，其平均壽命一般可提高2～10倍。有重大應用價值。

2、表麵強化（huà）技術在模具製造中的應用前景展望

根據研究，稀土元素可以強（qiáng）化表麵，提高滲速，淨化穩定晶界，同時改善模具零件表麵組織、物理化學性能和機械加工性能。把稀土元素應用在複合表麵（miàn）強化技術過程中，可（kě）獲得更加明顯的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加（jiā）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（jī）、電沉積、噴塗和激光塗覆等方麵都具（jù）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（zhe）納米技（jì）術的飛速發展，其（qí）在提高模具的（de）生（shēng）產率和壽命方麵效果顯著。但該技術還存在許多不完善的地方，尚有許多工作要做，如：複雜的模具型腔表麵塗層不均勻、沉積（jī）參數不明確、針（zhēn）對模具零件表麵強化機理（lǐ）未明等問題。

3、結論

模具工作零件表麵強化技術可以（yǐ）在一定程度上彌補目前模具材料（liào）的一些不足，並已顯現出極強（qiáng）的發展潛力，但就目（mù）前的模具零件表麵強化技術而（ér）言，仍存在一些（xiē）不足，其應用也受到一定限製，隻要注重研（yán）究開發，一定會加快和完善表麵（miàn）強化技術在模具製造過程中的應用。

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