模具製造中的（de）表麵強（qiáng）化技術是指模具工作零件表（biǎo）麵經預處理後，通過單一或複合表麵技術處理，使模具工作零（líng）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造成本、模具質量和模具壽命等方麵（miàn）起著尤為重要的（de）作用。在生產中，綜合考（kǎo）慮該技術的特點、模具（jù）工作條（tiáo）件和生（shēng）產（chǎn）的經濟性等因素，選擇眾因素的最佳匹配點，可顯著改善模（mó）具壽（shòu）命、質量，獲取突出的經濟效益。

1、表麵（miàn）強化技術在模具製造中的應用現狀

1.1 滲碳表麵化（huà）學熱處理

滲（shèn）碳工藝是一種較常使（shǐ）用（80%以上）的模具（jù）表麵（miàn）強化技術，該工藝主要針對塑（sù）料模具型腔的表麵強化（huà）。經滲（shèn）碳處理後的模具工作零件，可達到（dào）“外硬內韌”的效果，即工作零件表麵獲得硬度、

耐磨性、疲勞強度等性能的提（tí）升，而心（xīn）部仍保持原來的塑韌性、強（qiáng）度，符合（hé）對模具工（gōng）作零（líng）件使用性能的要求。具有（yǒu）滲速快、滲層深、成本低，且滲層和基體零件之間具有較完美（měi）的結合（hé）性能，

結合（hé）層之間實現平穩過渡。但操作溫度較高（900～950℃），尤（yóu）其是離子滲碳溫（wēn）度可達1100℃，且滲碳後還需（xū）進行（háng）相應的熱處理，從而導致模具變（biàn）形（xíng）的可能性加（jiā）大，因此（cǐ）高精度塑料模具不建議采用該項技（jì）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（biǎo）麵最合理的含碳量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向內碳質量分數梯度應均勻平緩，淬火組（zǔ）織（zhī）中不允許有粗條（tiáo）狀馬氏體，過多殘奧，網狀碳化物和黑色（sè）屈氏體。過（guò）高的碳質量分數易使模（mó）具零件（jiàn）組織中（zhōng）出現網狀（zhuàng）碳化物等惡性組織，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（chǎn）生龜裂等現象。

離子滲碳溫度一般為900～960℃，與氣體滲碳（tàn）比較，離子滲（shèn）碳具（jù）有效（xiào）率（lǜ）高、變形小、汙染小、可處理任何形狀的模具零（líng）件表麵等優（yōu）點，更適合在塑料模具（jù）和衝壓模具表麵強化加工中應用（yòng）。

1.2 火焰表麵熱噴塗技術（shù）

熱噴塗技術是一種發展（zhǎn）極為（wéi）迅速的表麵強化新技術，它是利用熱源（電弧、離子弧、火焰（yàn）等）將噴（pēn）塗材料加熱到熔融或半（bàn）熔融狀態，並使其霧化，以一定的速度噴向經過預處理（lǐ）的基體表麵，依靠物理（lǐ）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（běn）較低。近年來，該（gāi）項技術在模具表麵強化中（zhōng）的應用得到進一步發（fā）展和完善，廣州有色金屬研究院采用超音速噴塗硬質合金工藝，使Cr12不鏽（xiù）鋼拉深

模的壽命提高了3～10倍。同時（shí）該技術應用（yòng）在模（mó）具修（xiū）複中也取得較大進步，如華中科技大學材料成形與模具技（jì）術國家重點（diǎn）實驗室的張祥林等采用超音速火焰噴塗（tú）（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（qiáng）度達150.8MPa，塗層的結合強度（dù）大於80 MPa，塗層硬（yìng）度高於1000HV。運用HVOF技術對冷（lěng）擠（jǐ）壓（yā）模修複後，完全能滿足（zú）企業的（de）使用要求。

1.3 複（fù）合表麵電鍍技術

電鍍技術是一（yī）種用電（diàn）化學方法在基體表麵沉積金屬或金屬化處理（lǐ）的技術。電鍍硬鉻和硬鎳是我國（guó）塑料模具表麵處理的傳統技術。該技術在近室溫下進行，模具（jù）性（xìng）能幾（jǐ）乎不受影響，也不會出現嚴重變（biàn）形，

同時電鍍層的表麵粗糙（cāo）度（dù）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限（xiàn）製，目前隻可用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（gāo）的塑料模具。

目前（qián），複合（hé）鍍是模具行業中（zhōng）鍍（dù）層技術應用最有活（huó）力的領（lǐng）域。複合電刷鍍可強化模具型腔表（biǎo）麵，也可用於修複模（mó）具型腔表麵。研究發現，在（zài）模具型腔（qiāng）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（fàn）圍較寬，可操（cāo）作性強，充（chōng）分體（tǐ）現出（chū）鍍層的多樣性和綜合性。大連理工（gōng）大（dà）學的於同敏、劉貴昌等將Ni－P－PTFE複合鍍用於UPVC管件模具表麵強化，解決（jué）UPVC材料（liào）對模（mó）具表麵的腐（fǔ）蝕有明顯效果，達到模具成型表（biǎo）麵耐磨（mó）耐（nài）腐蝕等綜合性能（néng）要求，但其硬度稍低。為此哈爾濱（bīn）工業大學（xué）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（xíng）模具中，實（shí）踐表明（míng）可使其壽命提（tí）高（gāo）10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜技（jì）術

鍍膜技術也就是氣相（xiàng）沉積技術，是將具有特殊性能的（de）穩定化合物沉積於模具工作零件表麵，形成超硬鍍膜，使模具工作零件具有優異性能。工業（yè）中（zhōng）使用頻率較高的穩定化合物主要有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表麵沉積成覆蓋層的（de）實用技術。該技術在20世紀初（chū）開（kāi）始應用，在最近30年發展迅速，成為了一門具（jù）有廣闊應用前（qián）景的新技術，並逐漸向環保型、清潔型趨（qū）勢發展，主要用於製（zhì）造（zào）精度較高的冷作（zuò）模具（jù）。江西省（shěng）科學

院應用物理研究所的彭文屹、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（háng）實際使（shǐ）用壽命試驗，發現其壽命提高1.5倍以上；廣州有（yǒu）色金屬研究院的林鬆盛、代明江對物理氣相沉積硬質薄膜在工模具上（shàng）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命和工件加工質量。但是PVD法也存在（zài）著諸如繞鍍（dù）性差等缺點，對形狀複雜的模具零件表麵（miàn）進行（háng）處理存在一定限製。

化學氣相沉積（CVD）是在（zài）900～2000℃範圍內（nèi）用（yòng）化學方法使氣體在基體材料（liào）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（gāo）、塗層結合牢固，對模具零件表麵形狀幾乎沒有要求，諸（zhū）如形狀複雜或帶有槽溝及小孔的（de）零件均可進行均勻塗覆，彌補了物理氣相沉積的相關缺陷，例如在模具表（biǎo）麵強化（huà）中經常使用的TiC塗層硬度高（gāo），耐磨性（xìng）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（réng）需進行淬火處理，會導（dǎo）致較大（dà）變（biàn）形等缺（quē）陷，因此在高精度模具的製造中此技術的使用受到一定限製。

等離子增強（qiáng）化學氣相沉積（PCVD）是利用輝（huī）光放電增強反應物化學活（huó）性（xìng），促進氣相間的化學反（fǎn）應，在低溫下沉積出優質鍍層的實用（yòng）技術，是介於CVD和（hé）PVD之間的一種處理方法。用（yòng）PCVD法將塗層鍍覆在模具工作零件表麵，經實踐證明，經濟（jì）效益非常可觀。重慶工學院（yuàn）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（shàng）沉積一層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（zhì）品模具上可提高模具壽命1～4倍。北京航空（kōng）航天大學的陶冶教授籌建了PCVD表麵強化技術研究實驗室，自行設計製造了試（shì）驗設備（bèi）和輔（fǔ）助（zhù）配套設施，並及時（shí）得到了自然科學基金（jīn）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（shù），具有工藝溫度低、均鍍性好和鍍層結合力高等優點，適用於所有高溫回火模具和部分低溫（wēn）回（huí）火模具的（de）製備，是目前唯一一種既適用於刀具（jù）強化又適用於形（xíng）狀複

雜的模具表麵強化的氣相沉積表麵強化技（jì）術。由此可見，PCVD技術在（zài）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。

1.5 高能（néng）束流強化技術

高能束流強化技術具有非接觸（chù）、精確可控、材（cái）料（liào）適（shì）應性廣、柔性強、質量優（yōu）、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（kě）缺少的重要技術。其中，離子注（zhù）入技術以其（qí）幾乎完美的（de）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（shòu）命一般可提高2～10倍。有重大應用價值。

2、表麵強化技（jì）術在（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（shèn）速，淨化穩定晶（jīng）界，同時改善模具零件（jiàn）表麵（miàn）組織、物理化學性能和機械（xiè）加工性能。把稀土元素應（yīng）用在複合表麵強化技術過程中，可獲得更加明顯的效果。如在（zài）Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加入稀（xī）土，可使模具型腔麵的耐磨壽命延長近（jìn）5倍。除此之外，稀土元素（sù）在化學沉積、電沉（chén）積、噴塗和（hé）激（jī）光塗覆等方麵都具有明顯的改善作（zuò）用，但效果尚（shàng）不（bú）十（shí）分穩定，可見稀土元素應用於模具製造將是今後（hòu）研究的重要方向（xiàng）。

隨著納米技術的飛（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）存在許多不完善的地（dì）方，尚有許多工作要（yào）做，如：複雜（zá）的模具型腔表麵塗層不均勻、沉積參數不明確、針對模具零件表麵（miàn）強化機理未明等問題。

3、結論

模（mó）具工作零件表麵（miàn）強化技術可以在一定程（chéng）度上彌（mí）補目前模具（jù）材料的（de）一些不足，並已顯現出極強的發展潛力（lì），但就目前的模具零件表（biǎo）麵（miàn）強化技術（shù）而言，仍存在一些不足，其應用也受到一定限製，隻要注重研究開發，一定會加快和完善表麵強（qiáng）化技術在模（mó）具製造過程中的應用。

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