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（yù）處理後，通過單一或複合表麵（miàn）技術處理，使模具工作零件獲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在模具製（zhì）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（mó）具工作條件和生（shēng）產（chǎn）的經濟性等因素，選擇眾因素的最（zuì）佳匹配點，可顯著改善模（mó）具壽命、質量，獲取突出的經濟效益。

1、表麵強化技（jì）術在（zài）模具（jù）製造中的應用現狀

1.1 滲碳（tàn）表麵（miàn）化學熱處理

滲碳工藝是一種較常使用（80%以上）的（de）模具（jù）表（biǎo）麵強化技術，該工藝主要（yào）針對塑料模具型腔的表（biǎo）麵強化。經滲碳處理後的模（mó）具工作（zuò）零件，可達到“外硬內韌”的效果，即工作零件表麵獲得硬度、

耐磨（mó）性、疲勞強度（dù）等性能（néng）的提升，而心部仍保持原來（lái）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（kuài）、滲層深、成本低，且滲層和基體零件之間具有較完美的（de）結合性能，

結合層之間（jiān）實現（xiàn）平穩過渡。但（dàn）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（dǎo）致（zhì）模具變形的可能性加大，因此高精度塑（sù）料模具不建（jiàn）議采用該項技術。

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）質量分數梯度應均勻平緩（huǎn），淬火組織中不允（yǔn）許（xǔ）有粗條狀馬氏體，過（guò）多殘奧，網狀碳（tàn）化物和黑色屈氏（shì）體。過高的碳質量分數易使模具零件組織中出現網狀碳化物等惡性組織，影響模具質量（liàng）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（zǐ）滲（shèn）碳溫度一般為900～960℃，與氣體滲碳比（bǐ）較，離子滲碳具有效（xiào）率高、變（biàn）形小、汙染小、可處理任何形（xíng）狀（zhuàng）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（yàn）表麵熱噴塗技術

熱噴塗技術是一種發展極為迅速的表麵強化新技術，它（tā）是利用熱源（電弧、離子弧、火焰等）將噴塗材料（liào）加熱到熔融或半熔融（róng）狀態，並（bìng）使其霧化，以一定的速（sù）度噴（pēn）向經過預處理的基體表麵，依靠物（wù）理變化和化學變化，與基體結合的工藝方法，此結合層，能提高（gāo）模具零件的耐磨（mó）、耐蝕、耐熱等性能，且操作簡便，成本較低。近年（nián）來，該項技術在模具表麵強化中的應用得到進一步發展和完善，廣州有色金屬（shǔ）研究院采用超音速噴塗硬質合金工藝，使（shǐ）Cr12不（bú）鏽鋼拉深

模的壽（shòu）命提高了3～10倍。同時該技術應用在（zài）模具修（xiū）複中也取得較大進步，如華中科（kē）技大學材料成形與模具技術國家重點實驗室的張祥林等采（cǎi）用超（chāo）音速（sù）火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納米結構的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗層平均剪切強度達150.8MPa，塗層的結合強（qiáng）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要求。

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（jīn）屬或金屬化處理的技術。電鍍硬鉻和（hé）硬鎳（niè）是我國塑料模具表麵處理的傳統技術。該技術在近室溫下進行，模（mó）具性能幾乎不受影響，也不會出現嚴重變形，

同時電鍍（dù）層的（de）表麵粗糙度較低，硬度升高為800HV。但仍存在諸多問題，如（rú）：耐蝕性不高，溝槽、深孔（kǒng）無法（fǎ）處理，使其在模具強化中的應用受到一定限製，目前隻可（kě）用於強化普通塑料模（mó）具的耐磨性，不適用於形狀複雜且耐蝕（shí）性（xìng）要求高（gāo）的塑料模具。

目前，複合鍍（dù）是模具行業中鍍（dù）層技術（shù）應用最有活力的領域。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。研究發現，在（zài）模具型腔表麵（miàn）刷鍍非晶（jīng）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（shù）調整（zhěng）範（fàn）圍較寬，可操作性強（qiáng），充分體現出鍍層的多樣性和綜合性（xìng）。大連理工大學的於同敏、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（cái）料對模具表麵的腐（fǔ）蝕有明顯（xiǎn）效果，達到模具成（chéng）型表麵耐磨耐腐蝕等綜合性能要求，但其硬度稍低（dī）。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，應用在玻璃纖維（wéi）增強的塑料成型模具中，實踐表明可（kě）使其壽命（mìng）提高10倍（bèi）左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜技術

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

物理氣相沉積（PVD）是用物理方法使鍍膜材料汽化後在基體（tǐ）表麵沉積成（chéng）覆蓋層的實（shí）用技術。該技術在（zài）20世紀初開始應用，在（zài）最近（jìn）30年發展迅速，成為了一門具有廣闊應用前景的新（xīn）技術，並逐漸向環保型、清潔型趨勢發展，主要（yào）用於製造精度較高的冷作（zuò）模具。江西省科學

院應用物理（lǐ）研究所的彭文屹、張德元采用多弧離子鍍膜法對20根經TiN塗層處理的冷擠壓凸模進行實（shí）際使用壽命試驗，發（fā）現其壽命提高1.5倍以上；廣州有色金屬研（yán）究院的（de）林鬆盛、代明江對物理氣相沉積硬質薄（báo）膜在工模具上（shàng）的應用進行了詳細研究，指（zhǐ）出該技（jì）術（shù）能明顯提高模具的使用壽命和工件加工質量。但是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（jiàn）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（wéi）內（nèi）用化學（xué）方（fāng）法使氣（qì）體在基（jī）體材料表麵發生化學反（fǎn）應並形成覆蓋層（céng）的實用技術。該技術沉積溫度高、塗層結合牢固，對模具零（líng）件表麵形狀幾乎沒（méi）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（háng）均勻（yún）塗覆，彌補了物理（lǐ）氣相（xiàng）沉積的相關缺陷，例如在模具表麵強化中經常使用的TiC塗（tú）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（wēn）度高，仍（réng）需進行淬火處理，會導致較大變形等缺陷（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（chén）積（PCVD）是利用輝光放電增強反應物化學（xué）活性，促進氣相間的（de）化學反應，在低溫下沉（chén）積出優質（zhì）鍍層的實用技術，是介於CVD和（hé）PVD之間的一種處理方（fāng）法。用PCVD法將塗層鍍覆在模具工作零件表麵，經實踐證明，經濟效益非（fēi）常（cháng）可觀。重慶工學院的張葉成、張津對PCVD技術在模具強化中的應用進行研究，發現利用PCVD技術在（zài）W18Cr4V冷擠壓模具上沉積（jī）一層TiC，比（bǐ）無沉積膜層的（de）模具壽命提高10倍（bèi）以上；將（jiāng）PCVD法用於塑料製品模具上可（kě）提高模具壽命1～4倍。北京航空航天大（dà）學的陶冶教（jiāo）授籌建了PCVD表麵（miàn）強化技術（shù）研究（jiū）實驗室，自行設計製造了試驗設備和輔助配（pèi）套設施（shī），並及時得到了（le）自然科學基金的資助。項目組研製了基於PCVD複合滲鍍法的模具表麵（miàn）強（qiáng）化技術，具有（yǒu）工藝溫度低、均鍍性好和鍍層（céng）結合力（lì）高等優點，適用於所有高溫回火（huǒ）模具和部分低溫回火模（mó）具的製備，是目前唯（wéi）一一種既適用於刀具強化又（yòu）適用於形狀複

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

並且（qiě）應用前（qián）景非常廣（guǎng）闊。

1.5 高能（néng）束流強化技術

高能束流強化技術具有非接觸、精確可控、材料適（shì）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（kě）用（yòng）於大批量高效自動化生產，又適用於多品種、小批量加工，甚至個性化產品的訂製，是模具製造業中不可缺少的重要技術。其中，離子注（zhù）入技術以其幾乎完（wán）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（biǎo）麵強（qiáng）化技術在模具製造中的應用前景展望

根據（jù）研究，稀土元素可以強化表麵，提高滲速（sù），淨化穩定晶界，同時改（gǎi）善模具零（líng）件表麵組織、物理化學性能和機械加工（gōng）性能。把稀（xī）土元素應（yīng）用在複合表麵強化技術（shù）過程中，可獲得更加明顯的效果。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。除此之外，稀土元素在化學沉積、電沉積（jī）、噴塗和激光塗覆等方麵都具有明顯的改（gǎi）善作（zuò）用，但效果尚不十分穩定，可見稀土元素應用於模具製造將是今後研究的重要方向。

隨著納米技術的飛速發展，其在提（tí）高模具的生產率和壽命（mìng）方麵效果顯著。但該技術還存在（zài）許多不（bú）完善（shàn）的地方，尚有許多工作要（yào）做（zuò），如：複雜的（de）模具型腔表麵塗層不均勻、沉（chén）積參數不明確（què）、針對模具零（líng）件表麵強化機理（lǐ）未明等問題。

3、結論

模具工作零（líng）件表麵強（qiáng）化技術可以在一定程度上彌補目前模具材料的一些不（bú）足（zú），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而言，仍存在一些（xiē）不足，其應用（yòng）也受到一定限製，隻要注重研究開發，一定會加快和（hé）完善表麵強化技術（shù）在（zài）模具製造過程中的應用。

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