模具製造中的表麵強化技術是指模具工作零件（jiàn）表麵經預（yù）處（chù）理後，通過單（dān）一或複合表麵技術處（chù）理，使模具（jù）工作零（líng）件獲得所需表麵或綜合性能（néng）的專業強化技術。該技術的功（gōng）能性、環保性（xìng）和增（zēng）效性等優勢在模具製造成本、模具質（zhì）量和模具壽命等方麵起著尤為重要的作用。在生產（chǎn）中，綜合考慮（lǜ）該（gāi）技術的（de）特點、模（mó）具工作條件和生產的經濟性等因素，選擇眾因素的最佳匹配點，可顯著改善模具壽命、質量，獲取突出的（de）經濟效益。

1、表麵強化（huà）技術在模具製（zhì）造中的應用現狀

1.1 滲碳表麵化學熱（rè）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，該工藝主要針對塑料模具型（xíng）腔（qiāng）的表麵強化。經（jīng）滲碳處理後的模具（jù）工作零件，可達到“外硬內韌”的效果，即（jí）工作零件表麵獲得硬度、

耐磨性、疲勞強度（dù）等性能的提升，而（ér）心部（bù）仍保持原來的塑韌性、強度，符合對模具工作零件使用性能的要求。具有滲速快、滲層深（shēn）、成本低，且滲層和基體零件之間具有較完美的結合性能（néng），

結合層之間實現平穩過（guò）渡。但操（cāo）作溫（wēn）度較高（900～950℃），尤其是離子滲碳溫度可達1100℃，且滲碳後（hòu）還需進行相應的熱處理，從而導（dǎo）致模具變形的可能性加（jiā）大，因此高精度塑料模具不（bú）建議采用該項技術。

氣體滲碳溫度一般為920～950℃，經王榮濱試驗（yàn）綜合評定：滲碳層表麵（miàn）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，淬火組織中不允許有粗（cū）條狀馬氏體，過多殘奧，網狀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（zhī）中出現網狀碳化物等惡性組織，影響模具質量和壽命，在後續加工過程中易出現（xiàn）應力集中，產（chǎn）生龜裂等現象。

離子滲碳溫（wēn）度一般為900～960℃，與氣體滲碳比較，離子滲碳具有效率（lǜ）高、變形小、汙染小、可處理任何形狀的模具（jù）零件表麵等優點，更適合在塑料模具（jù）和衝壓模具表麵強化加工中應（yīng）用。

1.2 火焰表麵熱噴塗技術

熱噴塗技術是一種（zhǒng）發展極為迅速（sù）的（de）表麵強化新技術，它是利用（yòng）熱源（yuán）（電弧（hú）、離子弧、火焰等）將噴塗材料加熱到熔融或半熔融（róng）狀態，並使其霧（wù）化（huà），以（yǐ）一定的速度噴（pēn）向經過預（yù）處理的基體表麵（miàn），依靠物（wù）理變化（huà）和化學（xué）變化，與基體結合的工（gōng）藝方法，此結（jié）合層，能提（tí）高模（mó）具零件的耐（nài）磨、耐蝕、耐熱等（děng）性能，且操作簡便，成本較低（dī）。近年來，該項技術在模具表麵強化中的應用得到進一步發展（zhǎn）和完善，廣州有色金屬研究院采用超音速噴塗硬質合金（jīn）工藝，使Cr12不（bú）鏽鋼拉深

模的（de）壽命提高了3～10倍。同時該（gāi）技術應用在模具修複中也取得較大（dà）進步，如華（huá）中科（kē）技大學材料成形與模具技術（shù）國家重點實驗室（shì）的張祥林等采（cǎi）用超音速火焰噴塗（HVOF）技術，在（zài）Cr12MoV模具鋼（gāng）表麵製備了納米結構的（de）WC12Co金屬陶瓷塗（tú）層，測得塗層平均剪切強度（dù）達150.8MPa，塗層的結合強度（dù）大於80 MPa，塗層硬度高於1000HV。運用HVOF技術（shù）對（duì）冷擠壓（yā）模修複後，完全（quán）能滿（mǎn）足企業的使（shǐ）用要求。

1.3 複合表麵電鍍技術

電（diàn）鍍技術是一種用電化學方法在基（jī）體表（biǎo）麵沉積金屬（shǔ）或金屬化處（chù）理的技術。電鍍硬（yìng）鉻和硬（yìng）鎳是我國塑料模具表（biǎo）麵處理的傳統技術。該技術在近室溫下進行，模具性能幾乎不受影響，也不會出現嚴重變形，

同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：耐蝕性不高，溝（gōu）槽、深孔無法處理，使其在（zài）模具強化中的應用受到一定限製，目前隻可用於強（qiáng）化（huà）普通（tōng）塑料模具的耐磨性，不適（shì）用（yòng）於形狀（zhuàng）複雜且（qiě）耐蝕性要求高的塑料模具。

目前，複合鍍是模（mó）具（jù）行業中鍍層（céng）技術應用最有（yǒu）活力的領域。複合電刷鍍可強化模具型腔表（biǎo）麵，也可用於修複（fù）模具型腔表麵。研究發現，在模具（jù）型腔表麵刷鍍非晶態鍍（dù）層（0.01～0.02mm），可延長壽命0.5～1.0倍。複合鍍（dù）層（céng）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，充分體現出鍍層（céng）的多樣性和綜（zōng）合性。大連理工大學（xué）的於同敏、劉貴昌等將Ni－P－PTFE複合鍍用於UPVC管件模（mó）具表（biǎo）麵強化，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。為此哈爾濱工業大（dà）學的範會玉在（zài）Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微粒（lì）複合（hé），應用在玻（bō）璃纖維增強的塑料成型模（mó）具中（zhōng），實踐表明可使其壽命提高10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵（miàn）鍍膜技術

鍍膜技術也就是氣相沉積技術，是將具有特殊性能的（de）穩（wěn）定化（huà）合物沉積於模具工作（zuò）零件表麵，形成超硬鍍膜，使模具工作零件（jiàn）具有優異性（xìng）能。工業中使用頻率較高的（de）穩定化合物主要有TiC、TiN、SiN等（děng）。

物理氣相（xiàng）沉積（PVD）是用物理方法使鍍膜（mó）材料（liào）汽化後在基體表麵沉（chén）積成覆（fù）蓋層的實用技術。該技術在20世（shì）紀初開始應用，在最近30年發（fā）展迅速，成為了一門具有廣闊應用前景的新技術，並逐漸向環保型、清潔（jié）型趨勢發（fā）展，主要用於製造精度較高的冷作模具。江西省科學

院應用物理研究所的彭文屹、張德元（yuán）采用多弧離（lí）子鍍膜法對20根經TiN塗層處（chù）理的冷擠壓凸模進（jìn）行實際使用壽命試驗，發現其壽命提高1.5倍以（yǐ）上；廣州有色金屬研究院的林鬆盛、代明江對物（wù）理氣相沉積硬質薄膜在（zài）工模具上的應用進行了（le）詳細研（yán）究（jiū），指出該技術能明顯提高模具的使用壽命和工件（jiàn）加（jiā）工質量。但是PVD法也存在著諸如繞鍍（dù）性差等缺點，對形狀複雜的模具零件表麵進行處理存（cún）在一定限製。

化學氣相沉積（CVD）是在（zài）900～2000℃範圍內用化學（xué）方（fāng）法（fǎ）使氣（qì）體在基（jī）體材料表麵發生化學反應並形成覆蓋層的實用（yòng）技術。該技術沉積溫度（dù）高、塗層結（jié）合牢固，對模具零件表麵形狀幾乎沒（méi）有要求，諸如（rú）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（bǔ）了（le）物理氣（qì）相沉積（jī）的相關缺陷，例如在模具表麵（miàn）強化中經常使（shǐ）用的TiC塗層硬度高，耐磨性好，摩（mó）擦因數小，減摩（mó）性（xìng）好，抗咬合性強（qiáng），大幅度提高模具的使用壽命（mìng）。但（dàn）CVD法（fǎ）存在處理溫度高，仍需進行淬火處理，會導致較大變形等缺陷，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。

等離子增強化學氣相沉積（PCVD）是（shì）利用輝光放電增強反應物化學活性，促進（jìn）氣相間的化學反應，在低溫下沉積出優質（zhì）鍍層的實用技術，是介於CVD和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，經實踐證明，經濟效益非常可觀。重慶工學院的張葉成、張津對PCVD技術在模具強（qiáng）化中的應用進行研究，發現利用PCVD技（jì）術在W18Cr4V冷（lěng）擠壓模具上沉積一層（céng）TiC，比無沉（chén）積膜層的模（mó）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。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（yán）究（jiū）實驗室，自行設（shè）計製造了試驗設備和輔助配套設施，並及（jí）時得到了自然科學基金的資助。項目組研（yán）製了基於PCVD複合滲鍍法的模具表麵強化技術，具有（yǒu）工藝溫度低、均鍍性好和（hé）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回火模具（jù）的製備，是目前唯一一種既適用於刀具強化又適用於形狀複

雜的模具表麵強化（huà）的氣（qì）相沉積表麵強（qiáng）化技術。由此可見，PCVD技術在模具零件強化領域（yù）中的應用已經有所（suǒ）成就，

並且應用前景非常廣（guǎng）闊（kuò）。

1.5 高能束流強化技術

高能（néng）束流強化（huà）技（jì）術具有非接（jiē）觸、精確可控、材料適應性廣、柔（róu）性強、質量優、資源節約和環（huán）境友好等綜（zōng）合優勢，既可用於大（dà）批（pī）量高效自動化生產，又適用於多品種、小批量加工，甚（shèn）至個性化產品的訂製，是模具製造業中不可缺少的重要（yào）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（mó）具、熱作模（mó）具（jù）和塑料模具等領域中得到廣泛（fàn）應用（yòng），其（qí）平均壽命一般可提高2～10倍。有重大應用價值。

2、表麵強化技術在模具製造中的（de）應用前景展望

根據研究，稀（xī）土元（yuán）素可以（yǐ）強化表麵，提高滲速，淨（jìng）化穩定晶（jīng）界，同時改善模具零件表麵組織、物理化學性能和機械加工性能。把稀土元素應（yīng）用在複合表（biǎo）麵強化技術過（guò）程中，可獲得更加明（míng）顯的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加入稀土，可（kě）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、噴塗和激（jī）光（guāng）塗覆等方麵（miàn）都具有明顯的改善作用（yòng），但效果尚（shàng）不十分穩定，可見稀土元素應（yīng）用於模具製造（zào）將是今後研究的重要方向。

隨著納米技（jì）術的（de）飛速（sù）發展，其在提高模具的（de）生產率和壽命方（fāng）麵效果顯著。但該技術還存在（zài）許多不完善（shàn）的地方，尚有許多工作要做，如：複雜的模具型腔（qiāng）表麵（miàn）塗層不均勻（yún）、沉積參數不明確、針對模具零件（jiàn）表麵（miàn）強化機理未明等問題。

3、結論

模具工（gōng）作（zuò）零件表麵強化技（jì）術可（kě）以在一定程度上彌補目前（qián）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（miàn）強化技術而言（yán），仍存在一些不足，其應用（yòng）也受到（dào）一定限製，隻要注重研（yán）究開發，一定會加快和完善表麵強化技術在模具（jù）製造過（guò）程中的應用。

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