模具製造中的表麵強（qiáng）化技術（shù）是指模具工作零（líng）件表麵經預處理後，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（huò）綜合性能的（de）專業強化技術。該技術（shù）的功能性（xìng）、環保性和增（zēng）效性等優勢在模具製造成本、模具質量和模具壽命等方麵起著尤為重要的作用。在生產中，綜合考慮該技術的特點、模具工作條件和（hé）生（shēng）產的經濟性等因素，選擇眾因素的最佳匹配（pèi）點，可顯著改善模具壽命、質量，獲取（qǔ）突出的經濟效益。

1、表麵（miàn）強化技術在模具製造中的應（yīng）用（yòng）現狀（zhuàng）

1.1 滲（shèn）碳（tàn）表麵化學熱處理

滲碳工藝是一種較常使用（80%以上）的模具表麵強化技術，該工藝主（zhǔ）要針對塑料（liào）模具（jù）型（xíng）腔的表麵強化。經滲碳處理後的（de）模具工作零件，可達（dá）到“外硬內韌”的效果，即工作零件（jiàn）表麵獲得硬度、

耐磨性、疲勞（láo）強（qiáng）度等性能的提升，而心部（bù）仍保持原來的塑（sù）韌性、強度，符合對模具工作零（líng）件使用性能的要求。具有滲（shèn）速快（kuài）、滲層深、成本低，且滲層和基（jī）體零件之間具（jù）有較完（wán）美的結（jié）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（shèn）碳溫度可達1100℃，且滲碳後還（hái）需進行相應的熱處理，從而導致模具變形的可（kě）能性加大，因此高精（jīng）度塑料模具不建議采用該項技（jì）術。

氣體滲碳溫（wēn）度一般為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（yóu）外向內碳質量分數梯度應均勻平緩，淬火（huǒ）組織中不允（yǔn）許有粗條狀馬氏體，過多殘奧，網狀碳化物和黑色屈（qū）氏體。過高的碳質量分數易使（shǐ）模具零件組織（zhī）中出現（xiàn）網（wǎng）狀碳化物等惡性（xìng）組織，影響（xiǎng）模具質量和壽（shòu）命，在後續加（jiā）工過程中易出現應力集中，產生龜裂等現象。

離子滲（shèn）碳溫度一般為（wéi）900～960℃，與氣體滲碳（tàn）比較，離子滲碳具有效率高、變形小、汙染小、可（kě）處理任何形狀的模具零件表麵等優點，更（gèng）適合在塑料模具和衝壓模具表（biǎo）麵強化加工中應（yīng）用。

1.2 火焰表麵熱噴塗技術

熱噴塗技術（shù）是一種發展極為迅速的表麵強（qiáng）化新（xīn）技術，它是利用熱源（電弧、離子弧、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（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（jī）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，該項技術在模具表麵強化中的（de）應用得到進一步發展和完善，廣州有（yǒu）色金屬研究院采用超音速噴塗硬質合金工藝（yì），使Cr12不（bú）鏽鋼拉深（shēn）

模的壽命提高了3～10倍。同時該技術應（yīng）用在模具修複中也取得（dé）較大進步，如華中科技大學材料成形與模（mó）具技（jì）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，在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納（nà）米結構的WC12Co金屬陶瓷塗（tú）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，塗層硬度高於1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓模（mó）修複後，完全能滿（mǎn）足企業的（de）使用要求。

1.3 複合表麵電鍍技術

電鍍技術是（shì）一種用電化學方法在基體表麵（miàn）沉積金屬或金（jīn）屬化處理（lǐ）的技術。電鍍硬鉻（gè）和（hé）硬鎳（niè）是我國（guó）塑料模具表麵處（chù）理的傳統技術。該技術在近室溫下進（jìn）行，模具性能幾乎不（bú）受影響，也不會（huì）出現嚴重變形，

同（tóng）時電鍍層的表麵粗糙度較低，硬度升高為800HV。但仍存在諸多問題，如：耐（nài）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限製，目前隻可（kě）用（yòng）於強化普通塑（sù）料模具的耐（nài）磨（mó）性，不適用於形狀複雜且（qiě）耐蝕（shí）性要求高的塑料模具。

目前，複合鍍是模具行業中鍍層技術（shù）應用最有活（huó）力的領域（yù）。複合電刷（shuā）鍍（dù）可強化模具（jù）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晶態鍍層（0.01～0.02mm），可延長壽命0.5～1.0倍。複合（hé）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（tǐ）現出鍍層的多（duō）樣性和綜合（hé）性。大連理（lǐ）工大學的於同敏（mǐn）、劉貴昌等（děng）將Ni－P－PTFE複合鍍用（yòng）於UPVC管件模具表麵強化，解決UPVC材料對模具表麵的腐（fǔ）蝕有明顯（xiǎn）效果，達到模具成型表麵耐磨耐腐蝕（shí）等綜合性能要求，但其硬度稍低。為此哈（hā）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，應用在玻璃（lí）纖維增強的塑料成（chéng）型模具中，實踐表明可使其（qí）壽命提高10倍左右（yòu）。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜技術

鍍膜技術（shù）也就是氣相沉積技術，是將具有特殊性能的穩（wěn）定化合物沉積於模具工（gōng）作零件表麵（miàn），形成超硬鍍膜（mó），使模具工作零件具（jù）有優異性能。工業中使用頻率（lǜ）較高的穩定化合物（wù）主要有TiC、TiN、SiN等。

物理氣相沉積（PVD）是（shì）用物理方法（fǎ）使鍍膜材料汽化後在基體表麵沉積成覆蓋層（céng）的實用技術。該技術（shù）在20世紀初開始應用，在最近（jìn）30年發展迅（xùn）速，成為了一門（mén）具有廣闊應用前景的新（xīn）技術，並逐漸向環保型、清潔（jié）型趨（qū）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（wù）理研究所的彭文屹、張德元采用多弧（hú）離（lí）子鍍膜法對20根（gēn）經TiN塗層處理的冷擠壓凸模進行實際（jì）使（shǐ）用壽命試驗，發現其壽（shòu）命提（tí）高（gāo）1.5倍以上；廣州有色金屬研究院的林鬆盛、代（dài）明江對物理氣相沉積硬質薄膜在工模具（jù）上的應用進行了詳細研究，指出該技術能明顯提高模具的使用壽（shòu）命和工件加工質（zhì）量。但是PVD法也存在著（zhe）諸如繞鍍性差等（děng）缺點，對形狀複雜的模（mó）具零件表麵進行處理存在一定限製。

化學（xué）氣相沉積（CVD）是（shì）在900～2000℃範（fàn）圍內用化學方法使氣體在基（jī）體材料表麵（miàn）發生化學反應並形（xíng）成覆蓋層的實用技（jì）術。該技術沉積溫度高（gāo）、塗層結合牢固，對模具零件表麵形狀（zhuàng）幾乎（hū）沒有要求（qiú），諸（zhū）如形狀複雜或帶有槽溝及小孔的零件均可進行均勻塗覆（fù），彌補了物理氣相沉積的相關缺陷，例如（rú）在模具表（biǎo）麵強化中經（jīng）常使用的TiC塗層硬度高，耐磨性好（hǎo），摩擦因數小，減摩性（xìng）好，抗咬合性強，大（dà）幅度提高（gāo）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（huì）導致較大變形等缺陷，因此（cǐ）在高精度模（mó）具的製造中此技術的（de）使用受到一定限（xiàn）製。

等離（lí）子增（zēng）強（qiáng）化學氣相沉積（PCVD）是利用輝光放電增強反應物化學活性，促進氣相間的化（huà）學反應，在低溫下沉積（jī）出優質鍍層（céng）的實（shí）用技術（shù），是介於CVD和（hé）PVD之間的一（yī）種處理方法。用PCVD法將塗層鍍覆在模具工作零件表麵（miàn），經實踐證明，經濟效益非常可觀。重（chóng）慶工學院的張葉成、張津對PCVD技術在模具強化中的應用進行（háng）研究，發現利用PCVD技（jì）術在W18Cr4V冷擠（jǐ）壓模（mó）具上沉（chén）積一層TiC，比無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（jù）上可提高模具壽命1～4倍。北京航空航天大學的陶冶教授籌建了PCVD表麵（miàn）強化技術研究實驗室，自行設計製造了試驗設備和輔助配套設（shè）施，並及時（shí）得到了自然科學基金的資助。項目組研（yán）製了基於PCVD複（fù）合滲鍍法的模具表麵強化（huà）技術（shù），具有工藝溫（wēn）度低、均鍍性好和鍍層（céng）結合力高等優點，適用於所有高溫回火模具和部（bù）分低溫回火（huǒ）模具的製備，是目前（qián）唯一一種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相沉積表麵強（qiáng）化（huà）技術。由此可（kě）見，PCVD技術在模具零件（jiàn）強化領域中的應用已經有所成就（jiù），

並且應用前（qián）景非（fēi）常廣闊。

1.5 高能束流強化技術

高能束流強化技術具有非（fēi）接觸、精確可控、材料適應性廣、柔性強、質量（liàng）優、資源節約（yuē）和環境友好等綜合優（yōu）勢，既（jì）可（kě）用於（yú）大批量高效自動化生產，又適用於多品種、小批量加工（gōng），甚至個性化產品的訂製，是（shì）模具製造業中不（bú）可缺少的重要技術。其中，離子注入技術以其幾（jǐ）乎完美的強化效果在冷（lěng）作模具、熱作模具和（hé）塑料模具等領域中得到廣泛應用，其平（píng）均壽命一般可提高2～10倍。有重大應用價值。

2、表麵強化技術（shù）在（zài）模具製造中的應用前景展望

根據研（yán）究，稀土元素可以強化表麵，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（huà）學性能和機械加工性能。把稀土元素應用在複合表（biǎo）麵強化技術過程中，可獲得更加（jiā）明顯的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍（dù）層中加入稀土，可使模具（jù）型腔（qiāng）麵（miàn）的（de）耐磨壽命延長近5倍。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（shàn）作（zuò）用（yòng），但（dàn）效果尚不十分穩定，可見稀土（tǔ）元素（sù）應用於模具製造將是今後研究（jiū）的重要方向。

隨著納（nà）米技術的飛（fēi）速發展，其在提高模具的生產率和壽命方麵（miàn）效果顯著。但該技術還（hái）存在許多不（bú）完善的地方，尚有許多工作要做，如：複雜的模具型腔表麵塗（tú）層不均勻、沉積參數不明確、針對（duì）模具零（líng）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（miàn）強化技術可以在（zài）一定程度上彌補目前模具（jù）材料的一些不足，並已顯（xiǎn）現出極強的發展潛力，但就目前的模具零件表（biǎo）麵強化技術而言，仍存在一些不足，其應用也受到一定限製，隻要注重研究開發（fā），一定會加快和完善表麵強化技（jì）術在模具製（zhì）造過程（chéng）中（zhōng）的應（yīng）用。

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