模具製造中的表（biǎo）麵強化技術是指模具工（gōng）作零件表麵經預處理（lǐ）後，通過單一或複合表麵技術處理，使模具工作零件獲得所需表麵或（huò）綜合性能（néng）的專業強化（huà）技（jì）術。該技術的功能性、環（huán）保（bǎo）性和增效性等優勢（shì）在模具製造成本、模具質量和模具壽命（mìng）等方麵起著尤（yóu）為重要的作用。在生產中，綜合考慮該技術的特點、模具工作條件和生產的經濟性等因（yīn）素，選擇眾因（yīn）素（sù）的最佳（jiā）匹配點，可顯著（zhe）改善模具壽命、質量，獲（huò）取突出的經濟效益。

1、表（biǎo）麵強化技術在（zài）模具製造中的應用現（xiàn）狀

1.1 滲碳表麵化學熱處（chù）理

滲碳工（gōng）藝是一種較常（cháng）使用（80%以上（shàng））的模具表麵強化（huà）技術，該工藝主要針對塑（sù）料模具型腔的表（biǎo）麵強化。經滲（shèn）碳處理後的模具工作零件，可達到“外硬內韌”的效果，即工作零件表麵（miàn）獲得硬度、

耐磨（mó）性、疲勞強度等性能的（de）提升，而心部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（yào）求。具有滲速快、滲（shèn）層深、成本低，且滲層和基（jī）體零件之間具有（yǒu）較完美的結合性能，

結合層之間實現平（píng）穩（wěn）過渡。但操作溫（wēn）度較高（900～950℃），尤其是離子滲碳溫度可達（dá）1100℃，且滲碳後還需進行相應的熱處（chù）理，從而導（dǎo）致模具（jù）變形的（de）可能性加大，因（yīn）此（cǐ）高精度塑料模（mó）具不建議（yì）采用該（gāi）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（miàn）最（zuì）合理的含碳（tàn）量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由（yóu）外向內碳（tàn）質量（liàng）分數梯度應均勻平緩（huǎn），淬（cuì）火組織中不允許（xǔ）有粗條狀馬氏體，過多殘奧，網狀碳化物和黑色（sè）屈氏體。過高的碳質量分數易（yì）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（mìng），在後續加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900～960℃，與氣體（tǐ）滲碳比較，離（lí）子滲碳具有效率高、變形小、汙染小、可處理任何（hé）形狀的模具零件表麵等優點，更適合在塑（sù）料模具和衝壓模具表（biǎo）麵強化加（jiā）工中（zhōng）應用。

1.2 火焰表麵熱噴塗技術

熱噴塗技術是一種發展（zhǎn）極為迅速的表麵強化（huà）新技術（shù），它是利（lì）用熱源（yuán）（電（diàn）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（qí）霧化，以一定的速度噴向經過預處理的基體表麵，依靠物（wù）理變（biàn）化和化學變化，與基體結合的工藝方法，此（cǐ）結合層（céng），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（jiào）低。近年來，該項技術在模具表麵強化中的（de）應用得（dé）到進（jìn）一步發展和完善，廣州有色金屬研究院采（cǎi）用超音速噴（pēn）塗硬質（zhì）合金工藝，使Cr12不鏽鋼拉深

模的壽命提高了3～10倍。同時該技術應用在模具修複中也取得較大進步，如華中科技大學材料成形與模具（jù）技術國家重（chóng）點實驗室的張祥林等采用超音速（sù）火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製（zhì）備了納米結構的（de）WC12Co金屬陶（táo）瓷塗層，測得塗層平（píng）均剪切強度達150.8MPa，塗層的結合強度（dù）大於80 MPa，塗層硬度高於（yú）1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓模（mó）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屬或（huò）金屬化處理的技術。電（diàn）鍍硬鉻和硬（yìng）鎳是我國塑（sù）料模具表麵（miàn）處理的傳統（tǒng）技術。該技術在近室溫（wēn）下進（jìn）行，模具性能幾乎不受影響（xiǎng），也（yě）不會出現（xiàn）嚴（yán）重變形，

同時電鍍層的表麵粗（cū）糙度較低，硬（yìng）度升（shēng）高為800HV。但仍存在諸多問題，如：耐蝕性不高，溝槽（cáo）、深孔無（wú）法處理，使其（qí）在模（mó）具強化中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（gāo）的（de）塑料模具。

目前，複合鍍是模具（jù）行業中鍍層技術（shù）應用（yòng）最有活力的領域。複合（hé）電刷鍍可強化模具型腔表麵，也可（kě）用於修複模具（jù）型腔（qiāng）表麵。研究發現（xiàn），在模具型腔表麵刷鍍非晶態鍍（dù）層（0.01～0.02mm），可延長壽命（mìng）0.5～1.0倍。複合鍍層中可（kě）加入微粒的品種（zhǒng）較多，且參數調整範圍較寬，可（kě）操作（zuò）性強，充分體（tǐ）現出鍍層的多樣性和綜合（hé）性。大連理工大學的（de）於同敏、劉（liú）貴昌等將Ni－P－PTFE複合鍍用於（yú）UPVC管件模具表麵（miàn）強化，解決UPVC材料對模具表麵的腐蝕有明顯效果，達（dá）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。為此哈爾濱工業大學的範會（huì）玉在Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微粒複（fù）合，應用在玻璃纖維增強的塑料成型（xíng）模具中，實踐表明可使其壽命提高10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍（dù）膜技術

鍍膜技（jì）術也就是氣（qì）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（yìng）鍍膜，使模具工作零件具有優異性能。工業中使用頻（pín）率較高的穩定化合物（wù）主要有TiC、TiN、SiN等。

物理氣相沉積（PVD）是（shì）用（yòng）物理方（fāng）法使鍍（dù）膜材料汽化後在基體表（biǎo）麵沉積成覆（fù）蓋層的實用技術。該技（jì）術在20世紀初開始應用，在最近（jìn）30年發展迅速，成（chéng）為了一（yī）門具有（yǒu）廣闊應用（yòng）前景的新技（jì）術，並逐漸向環保型、清（qīng）潔型趨勢發展，主要用於製（zhì）造精度（dù）較高的冷作模具。江西省科學

院應用物理研究所的彭文屹、張德元采用多弧離子鍍膜法對20根經（jīng）TiN塗層（céng）處理的冷擠壓凸模進行實際使用壽命試驗，發（fā）現（xiàn）其壽命提高1.5倍以上；廣州有色金屬研（yán）究院的林鬆盛、代明江對物（wù）理氣相沉積硬質薄膜在工（gōng）模具上的（de）應用進行了詳細（xì）研究，指出該技（jì）術能明顯提高模具的使用（yòng）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表麵進（jìn）行處理存在一定限製。

化學氣相沉積（CVD）是在（zài）900～2000℃範圍內用化（huà）學方法使氣體在基體材料表麵發生化學反應並形成覆（fù）蓋層的實用技術。該（gāi）技術沉積溫度高（gāo）、塗層結合（hé）牢固，對模具零件表麵形狀（zhuàng）幾（jǐ）乎沒有（yǒu）要求，諸如形狀複雜或帶有槽溝（gōu）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（xiàng）關缺陷，例如在模具表麵強（qiáng）化中經常使用的（de）TiC塗層硬度高，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（shòu）命。但CVD法存在處理（lǐ）溫度高，仍需進行淬火處理，會導致較大變形等缺陷，因此在高精度（dù）模具的製造中此技術的使用受到一定（dìng）限製。

等（děng）離子增強化學氣相沉積（PCVD）是利用輝光放電增強反應物化學活性，促進氣相（xiàng）間（jiān）的化學（xué）反應，在低溫（wēn）下沉積出優質鍍層的實用技術，是介於CVD和PVD之（zhī）間的一種處理方法。用（yòng）PCVD法將塗層鍍（dù）覆在模具工作（zuò）零件（jiàn）表麵，經實踐（jiàn）證明，經濟效益非常（cháng）可觀。重慶工學院（yuàn）的張葉成、張津對PCVD技術（shù）在模具強化中的應用進行研究，發現利用PCVD技（jì）術在W18Cr4V冷擠（jǐ）壓模具上沉積一層TiC，比無沉積膜層的模具壽命（mìng）提高10倍以上；將PCVD法用（yòng）於塑料製品模具上可提高模具壽（shòu）命1～4倍。北京航空航天大學的陶冶教授籌建了PCVD表麵強化技術研究實驗室（shì），自行設計製造了試驗設備和輔助配套設施，並及時得到了自然科學（xué）基金的資助。項目組研製（zhì）了基於PCVD複合滲鍍法的模具表麵強化技術，具有工藝溫度低、均鍍性好和鍍層（céng）結合力高等優點，適用於所有高（gāo）溫回火模具和部分低溫回火模具的製備，是目前唯一一種既適用於刀具（jù）強（qiáng）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）化技術。由此可見，PCVD技術在模具零件強化領域中的（de）應用已經有（yǒu）所成就，

並且應用前（qián）景非常廣闊。

1.5 高能束流強化技術

高（gāo）能束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（dòng）化生產，又適用（yòng）於多品種、小批量加工，甚至個性化（huà）產品的訂製，是模具製造業（yè）中不可缺少的重要技術。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、表麵強化技術在模具製造中（zhōng）的應用前景展望（wàng）

根據研究（jiū），稀土元（yuán）素可（kě）以強（qiáng）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、物理化學性能和機械加工性能。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（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（mó）壽命延長近5倍。除此之外，稀土元素在化學沉積、電沉積、噴（pēn）塗和激光塗覆等方麵都具有（yǒu）明顯的改善作用（yòng），但效果尚不十分穩定，可見稀土（tǔ）元素應用於模具製造將是今後研究的重要方向。

隨（suí）著納米（mǐ）技術的飛速（sù）發展，其在提高模具（jù）的生產率和壽命方麵效果顯著。但該技術還（hái）存在許多不完善的地方，尚有許多工作要做，如：複雜（zá）的模具型（xíng）腔（qiāng）表麵塗層不均勻、沉積（jī）參（cān）數（shù）不明確、針對模具零件表（biǎo）麵強化機理未明等問題。

3、結（jié）論

模具工作零件表麵強化技術可以在一定程度上彌補目前模具材料的一些不足，並已顯（xiǎn）現出極強的發展潛力（lì），但就（jiù）目（mù）前的模具零件表麵（miàn）強（qiáng）化技術而言，仍存在（zài）一（yī）些（xiē）不足，其應用也受到一定限製，隻要注（zhù）重（chóng）研究開發，一定會加（jiā）快（kuài）和完善表麵（miàn）強（qiáng）化技術在模具製造過程中（zhōng）的（de）應用（yòng）。

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