模具製造中的表麵強化（huà）技術是指模（mó）具工作零件表麵經預處理後，通過單一或複合表麵技術處（chù）理，使模具工作零件獲得所需表（biǎo）麵或綜合性能的專業強（qiáng）化技術。該技術的功能性、環保性和增效性（xìng）等優勢在（zài）模具製造成本、模具質量和模具壽命等方麵（miàn）起著尤為重要的作用。在生產中，綜合考慮該技術的（de）特點、模具工作（zuò）條件和生（shēng）產（chǎn）的經濟性等因素，選擇眾因素的最佳匹配點，可顯著改善模具壽命、質量，獲取突出（chū）的經濟效益。

1、表麵強化技（jì）術在模具製造中的應用現狀

1.1 滲碳表麵化學熱處理

滲碳工藝是一（yī）種（zhǒng）較（jiào）常使用（80%以上）的模具表麵強化技術，該工藝主要針對塑料模具型腔的表麵強化。經滲碳處理後的模（mó）具工作零件，可達到“外硬內韌（rèn）”的效果，即工作零件表麵獲得硬度、

耐磨性、疲勞強度等性（xìng）能的提升，而心部仍保（bǎo）持原來的塑韌性、強度，符（fú）合對（duì）模具工作零件使用性能的要求（qiú）。具有滲速快、滲層深、成本低，且滲層和基體零件之（zhī）間具（jù）有較完美的結合性（xìng）能，

結合層之（zhī）間實現平穩過渡。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，從而導致模具變形的可能性加大，因此高精度塑料模具不（bú）建議采用該項技術（shù）。

氣體滲碳溫度一般為920～950℃，經王（wáng）榮濱試驗綜合評定：滲碳層表麵最合（hé）理的含碳量（liàng）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（huǎn），淬火（huǒ）組織中不允（yǔn）許有粗條狀馬氏體，過多殘奧，網狀（zhuàng）碳化物和黑色屈氏體。過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（děng）惡性組織，影響模具質量和（hé）壽命，在後續加工（gōng）過程（chéng）中易出現應力集（jí）中，產生龜裂（liè）等現象。

離（lí）子滲碳溫度一（yī）般為900～960℃，與氣體滲（shèn）碳（tàn）比（bǐ）較，離子滲碳具有效率高、變形（xíng）小、汙染小、可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（jù）表麵強化（huà）加工中應用。

1.2 火焰表麵熱噴塗技術

熱噴（pēn）塗技術是一（yī）種發展極為迅速的表麵（miàn）強化新技術，它是（shì）利用熱（rè）源（電弧、離子（zǐ）弧、火焰等）將噴塗材料（liào）加熱到熔融或半熔融狀態，並使其霧化，以一定的（de）速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，與基體結合的（de）工藝方法，此結合層，能提高模具（jù）零件的耐磨、耐蝕、耐熱等性能，且操作簡便，成（chéng）本較低。近年來，該項技術在模具表麵強（qiáng）化中的應用得到進一步發（fā）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Cr12不鏽（xiù）鋼拉深（shēn）

模的壽命提高了（le）3～10倍。同（tóng）時該技術應用在模具修複（fù）中也取得較大進步，如華中科技大學材料成形與模（mó）具技術國家重點實（shí）驗室的（de）張祥林等采用超音速火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼（gāng）表麵製（zhì）備了納米結構的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗層（céng）平均剪切（qiē）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（hòu），完全能滿足（zú）企（qǐ）業的使用要求。

1.3 複合表麵電鍍（dù）技術

電鍍技術是一種用電化學方法（fǎ）在基體表麵沉積金屬（shǔ）或金屬化處理的技術。電鍍硬鉻和（hé）硬鎳是我國塑料模具（jù）表（biǎo）麵處理的傳統技術。該技術在近室（shì）溫下（xià）進行，模具性能幾乎不受影響，也不會出現嚴重變形，

同時電鍍層的表麵粗糙度較低，硬（yìng）度升高為800HV。但仍存在諸多問題，如：耐蝕性（xìng）不高，溝槽、深孔無法（fǎ）處理，使其在模具強（qiáng）化中（zhōng）的應用受到一定限製，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的塑料模具。

目前，複合鍍是模（mó）具行業中鍍層技術應用最有活力的領域。複合電（diàn）刷鍍可強化模具型腔表（biǎo）麵，也可用於（yú）修複模具型腔表麵。研究發現，在模具（jù）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（de）品種較多，且（qiě）參數調整範圍較寬，可（kě）操（cāo）作性強，充分體現出鍍層的多樣性和綜（zōng）合性。大連理工大學的於同（tóng）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UPVC材料對模具表麵（miàn）的腐（fǔ）蝕有明顯效果，達（dá）到模（mó）具（jù）成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（wēi）粒複合，應用在玻（bō）璃纖維增強的塑料成型模具中，實踐表明（míng）可使（shǐ）其壽命提高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沉積技術，是將具有特殊性能的穩定化合（hé）物沉積於（yú）模具工作零件表麵，形成超（chāo）硬鍍膜（mó），使模（mó）具工作零件具有優異性能。工（gōng）業中使用頻率較高的（de）穩定化合（hé）物主要（yào）有TiC、TiN、SiN等。

物理（lǐ）氣相沉積（PVD）是用物理方法使鍍（dù）膜（mó）材（cái）料汽化後在基體表（biǎo）麵沉積成（chéng）覆蓋層的實用技術。該（gāi）技術在20世紀初（chū）開始應（yīng）用（yòng），在最近30年發展迅速，成為了一門具有廣闊應用（yòng）前景的（de）新技術（shù），並（bìng）逐漸向環保型、清（qīng）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（kē）學

院應用物理研究（jiū）所（suǒ）的彭文屹、張德元（yuán）采用多弧離子鍍膜法對20根經TiN塗層處（chù）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倍以上；廣州有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（zài）工模具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命和（hé）工件加工質量。但是PVD法也存在（zài）著諸如繞鍍性差等缺點，對形狀複雜的模（mó）具零件表麵（miàn）進行處理存（cún）在一（yī）定限製。

化學氣相沉（chén）積（jī）（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）學反應並形成（chéng）覆（fù）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（biǎo）麵形狀（zhuàng）幾乎（hū）沒有要求，諸如形狀複雜或帶有槽溝及（jí）小（xiǎo）孔的零件均可進行均勻塗覆，彌補了物理氣相沉積（jī）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（yìng）度高，耐磨性好，摩擦因（yīn）數（shù）小，減摩性好，抗（kàng）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（huì）導致較大（dà）變形等缺陷，因此在高（gāo）精度模具的製造中此技術的使用受到一定限製。

等（děng）離子增強化學氣相（xiàng）沉積（PCVD）是利用輝光放電增（zēng）強反應物化學活性，促進氣相（xiàng）間的化學反應，在低溫（wēn）下沉積出優質鍍層的實用技術，是介於（yú）CVD和PVD之間的（de）一種處理方法。用PCVD法（fǎ）將塗層鍍覆在模具（jù）工作零件表麵（miàn），經實踐證明，經濟效益非常可觀。重慶工學院（yuàn）的張葉成（chéng）、張（zhāng）津對PCVD技（jì）術在模具（jù）強化（huà）中的應用進行研究，發現利用（yòng）PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模具上沉積一層TiC，比無沉積（jī）膜層的模（mó）具壽命提高10倍以上；將PCVD法用於塑（sù）料製品模具上可提高模具壽命1～4倍（bèi）。北（běi）京（jīng）航空（kōng）航天大學的（de）陶冶教授籌建了PCVD表麵（miàn）強化技術研究實驗室，自（zì）行設計製造了試（shì）驗設（shè）備和輔助配套設施，並（bìng）及時得到了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強化技術（shù），具有工藝（yì）溫度低、均鍍性好和鍍層結合力高等優點，適用（yòng）於所有高溫回火模具和部分低溫回火模具的製備，是（shì）目前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（miàn）強化的氣相沉積表麵強化技術。由（yóu）此可見，PCVD技術在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 高能束流強（qiáng）化技術

高（gāo）能束（shù）流強化技術具有非接觸、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產，又適用於多品種、小批量加工，甚至（zhì）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（lí）子注入技術以其幾乎完美的強化效果在冷作模（mó）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（yī）般可提高（gāo）2～10倍。有重大應用價值。

2、表（biǎo）麵強化技術（shù）在模具製造中的應用前景展望

根據研究，稀土元素（sù）可以強化表麵，提高滲速，淨（jìng）化穩定晶界，同（tóng）時改善模具零件表麵組（zǔ）織、物理化學性能和機械加工性能。把稀土元素應用在複（fù）合表麵強化技術過程中，可獲得更加明顯的效果（guǒ）。如（rú）在（zài）Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加入稀土，可使模（mó）具型腔麵的耐磨壽命延長近5倍。除此之外，稀土元（yuán）素在化學沉積、電沉積、噴塗和激光塗覆等（děng）方麵都具有明顯的改善作用，但效果尚不（bú）十分穩定，可見（jiàn）稀土元素應用於模（mó）具製造將（jiāng）是今後研究的重要方向。

隨著納米技術的飛速發展，其在提高模具（jù）的生產率和壽命方（fāng）麵（miàn）效果顯著。但該技（jì）術還（hái）存在許多不（bú）完善（shàn）的地（dì）方（fāng），尚有（yǒu）許多工作要做，如：複雜的模具型腔表麵塗層（céng）不均勻、沉積參數不明（míng）確、針對模具零件表麵強化機理未明等問題。

3、結論

模具工作（zuò）零件表（biǎo）麵強化技術可以在（zài）一定程度上彌補目前模具材料的一些不足，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，仍存在一些不（bú）足，其應用也受到一（yī）定限製，隻要注重研究開發，一定會加（jiā）快和完善表麵強化技術在模具製造過程中的應用。

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