模具製（zhì）造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）單一或複合表麵技術處理，使模具工作零件獲得所需表麵或（huò）綜合（hé）性能的專業強化技術。該（gāi）技術的功能性、環保性（xìng）和增效性等優（yōu）勢在模具製造成本、模具質量和模具壽命等（děng）方麵起著尤為重要的作用（yòng）。在生產中，綜合考慮該（gāi）技（jì）術（shù）的特點、模具工（gōng）作（zuò）條件（jiàn）和生產的經濟性等因素，選擇眾因素的（de）最佳匹配點（diǎn），可顯著改善模具壽命、質量，獲取突出的經濟效益。

1、表麵強化技術（shù）在模具製造中（zhōng）的應用現狀

1.1 滲碳表麵化學熱處理

滲（shèn）碳工藝是一種較常使用（80%以（yǐ）上）的模具表麵強化技術，該（gāi）工藝主要針對塑料模（mó）具型腔的表（biǎo）麵強化。經滲碳處理後（hòu）的模具工作零件，可達到“外硬內韌”的（de）效（xiào）果，即工作零件表（biǎo）麵獲得硬度、

耐磨（mó）性、疲勞強度等性能（néng）的提升，而心部仍保持原（yuán）來的塑韌性、強度，符合對模具工作零件（jiàn）使用（yòng）性能的要求。具有滲速快（kuài）、滲層深、成本（běn）低，且滲（shèn）層（céng）和基體零件之間具有較完美的結合性（xìng）能，

結合層之間實現平穩過渡。但操作溫度較高（900～950℃），尤其是（shì）離子滲碳溫度可達1100℃，且滲碳後（hòu）還需進行相（xiàng）應（yīng）的熱處理，從而導致（zhì）模具變形的可能性加大，因此高精度塑料模具不建議采用該項技術。

氣體滲碳溫度（dù）一般為920～950℃，經王榮濱試驗綜合評定：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）質量分數（shù）梯度（dù）應均勻平緩，淬火組織中不允許有粗條（tiáo）狀馬氏體，過多殘奧，網狀（zhuàng）碳化物和黑色屈氏體（tǐ）。過高的碳質量分數易使模具（jù）零件組織中出現網狀碳化物等惡性組織，影響（xiǎng）模具質量（liàng）和壽命，在後續加工過程中易出現（xiàn）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（bǐ）較，離子滲碳具有（yǒu）效率高、變形小、汙染小（xiǎo）、可（kě）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（pēn）塗技術

熱噴塗（tú）技術是一種發展極為迅速（sù）的表麵強化（huà）新技術，它是利用熱源（電弧、離（lí）子弧、火焰等）將噴塗材料加熱到熔融或半熔融狀態，並使其霧化，以一定的速度（dù）噴向經（jīng）過預處理的基體表麵，依靠物理變（biàn）化和化（huà）學變化，與基體結合的工藝方法，此結合層，能提高模具零件的耐磨、耐蝕、耐熱等性能，且操作簡便，成本較低。近年來，該（gāi）項技術在模具表麵強化中的（de）應用得到進（jìn）一步（bù）發展和完善，廣州有色金屬研究院采用超音速噴塗（tú）硬質合（hé）金工藝，使Cr12不鏽鋼拉深

模的壽命提高了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（jì）大學材料成形與模具技術（shù）國（guó）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模具鋼表麵製備了納米結構的（de）WC12Co金（jīn）屬陶瓷（cí）塗層（céng），測得塗層平均剪切（qiē）強度達150.8MPa，塗層（céng）的結合強度大於80 MPa，塗層硬度高（gāo）於1000HV。運用HVOF技（jì）術對冷擠壓模修複後，完全能滿足企業的使用要求。

1.3 複合（hé）表麵電鍍技術

電（diàn）鍍技術是一種用電（diàn）化學方法在基體表麵沉積金屬或金屬化處理的（de）技術。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（jì）術在近室溫下進行，模具性能幾乎不受影響，也不會出現嚴重變形（xíng），

同時電鍍層的表麵粗糙度（dù）較低，硬度（dù）升高為800HV。但仍存在諸多問題，如：耐蝕性不高（gāo），溝槽、深孔無法處理，使（shǐ）其在模具強化中的應用受到一定限（xiàn）製，目前隻可（kě）用（yòng）於強化普通塑料模具的耐磨性，不適用於形狀複雜且耐蝕性要求高的塑料模具。

目前，複（fù）合鍍是模具行（háng）業中鍍層技術應（yīng）用最有活力（lì）的領域（yù）。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。研究發現，在模具型腔表麵刷鍍非（fēi）晶（jīng）態鍍（dù）層（0.01～0.02mm），可延長壽命（mìng）0.5～1.0倍。複合鍍層中可加（jiā）入微粒（lì）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（dà）學的於同敏、劉（liú）貴昌（chāng）等將Ni－P－PTFE複合鍍（dù）用於UPVC管件模具表麵強（qiáng）化，解決UPVC材料對模具表麵的腐蝕有明顯效果，達到模具成型（xíng）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（gōng）業大學的範會玉在Ni－P的（de）基礎上，將PTFE與SiC微粒複合，應用在玻璃纖維（wéi）增強的塑料（liào）成型模具中，實踐表明可使其壽命提高10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜（mó）技術

鍍膜技術也就是氣相沉積技術，是將（jiāng）具有特殊性能的（de）穩定化合物沉積於模具（jù）工（gōng）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（zhōng）使（shǐ）用頻（pín）率較高的穩定（dìng）化合物主要有TiC、TiN、SiN等。

物理氣相沉積（PVD）是用物理方（fāng）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世紀初開始（shǐ）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（shù），並逐漸向環保型、清潔型趨勢發展，主要用於製造精度較高的冷（lěng）作模具。江西省科學

院應（yīng）用物理研究所的彭文屹、張德元采用多弧離子鍍膜（mó）法對20根經TiN塗層處理的冷擠壓凸模進行實際使用壽命試驗，發現其壽命提高1.5倍以（yǐ）上（shàng）；廣州有色（sè）金屬研究院的林鬆（sōng）盛、代明江對物（wù）理氣相沉積硬質（zhì）薄膜在工模具上的應用進行了詳細研究，指出該技（jì）術能明顯（xiǎn）提高模具的使用壽命和工件加工質量（liàng）。但是PVD法也（yě）存（cún）在著諸如繞鍍性差等（děng）缺點，對形狀（zhuàng）複雜的（de）模具零件表麵進行處理存在一定限（xiàn）製。

化學氣相沉積（CVD）是在900～2000℃範圍內用化學方法使氣體在（zài）基體材（cái）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（zhuàng）幾乎沒有要求，諸如形狀複雜或帶有槽（cáo）溝及小孔的零件均可（kě）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。但CVD法存在處理溫度高，仍需進行淬火處理，會導（dǎo）致較大變（biàn）形等缺陷（xiàn），因此在高精度模具的製造（zào）中此技術的使用受到一定限製。

等離子增強化學氣相沉積（jī）（PCVD）是利用輝光放電增強反應物化學活性，促（cù）進（jìn）氣相間的化學反應，在（zài）低溫下沉積出優質鍍層（céng）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（zài）模具工作零件表麵，經實踐證明，經濟效益非常可觀。重慶工學院的張葉成（chéng）、張津對（duì）PCVD技術在模具（jù）強化中的應用進行研（yán）究，發現利用PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模具上沉積一層TiC，比無（wú）沉積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（yán）究實驗室，自（zì）行設計製造了試驗設備和輔助配套（tào）設施，並及時得到了自然科學（xué）基金的資助。項目組研製了基於PCVD複合滲鍍法的模具表麵強化技術，具有工藝溫度低、均鍍性好（hǎo）和鍍層結合力高等優（yōu）點，適（shì）用於所有（yǒu）高（gāo）溫回火模具和部分低溫回火模具的製備（bèi），是目前唯一一種（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氣（qì）相沉積表麵強化技術。由此可見，PCVD技術在（zài）模具零件強化領域中的應用已（yǐ）經有（yǒu）所（suǒ）成就，

並且應（yīng）用前（qián）景（jǐng）非常廣闊。

1.5 高能束流（liú）強化技術

高能束流強化技術（shù）具有非接觸、精確可控、材料適應性廣、柔性強、質量優、資源節約和環境友好等綜合優勢，既可用於大批量高效自動化生（shēng）產，又適用於多品種、小批量加工，甚至個性化產（chǎn）品的訂製，是模（mó）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冷作模具、熱作模具和塑料模具等領域中（zhōng）得（dé）到廣泛應用，其平均壽命一般可提高2～10倍。有重大應用（yòng）價值。

2、表（biǎo）麵強化技術在模具製造中的（de）應用前景展望

根據研究，稀土元素可以強化表麵，提高滲速，淨化穩定（dìng）晶界，同時改善模具（jù）零件表麵組織、物理化學（xué）性能（néng）和機械加工性能。把稀土元素應用在複合表（biǎo）麵強化（huà）技術過（guò）程（chéng）中，可獲得更加明顯的效（xiào）果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加入稀土，可（kě）使模具（jù）型腔麵的耐磨壽命延長近5倍。除此之外，稀土元素在化（huà）學沉（chén）積、電沉積、噴塗和激光塗覆等方麵都（dōu）具（jù）有明顯的改善作用，但效果尚（shàng）不十分穩定，可見稀（xī）土元素應用於模具製造將是今後研究的重要（yào）方向。

隨著納米技術的飛速發展，其（qí）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善的地方，尚有許多工（gōng）作要做，如：複雜（zá）的（de）模具型腔（qiāng）表（biǎo）麵塗層不均勻、沉積參（cān）數不明確、針（zhēn）對模具零件（jiàn）表麵強化機理未明等問題。

3、結論

模具工作零件（jiàn）表麵強化（huà）技術可以在（zài）一（yī）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（dàn）就目前的模具零件（jiàn）表麵強化技術而言（yán），仍存在一些不足，其應用也受到一定限製（zhì），隻要注重研究開發，一（yī）定會加快和完善表麵強化技術在模具製造過程中的應（yīng）用。

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文章關鍵詞（cí）：注塑模具工作零（líng）件表麵強化技術應用研究