模具製造中的表麵強化技（jì）術是指（zhǐ）模具工（gōng）作零件表麵經預處理後，通過單一（yī）或複合表麵技（jì）術處理，使模具工（gōng）作零件獲得所需表麵或綜合（hé）性能的（de）專業強（qiáng）化技術。該技術的功能性、環保性和增效性等（děng）優（yōu）勢在模具製造成本、模具質量和模（mó）具壽（shòu）命等方麵起著尤（yóu）為（wéi）重要的作用。在生產中，綜（zōng）合考慮該技術的特點、模具工作條（tiáo）件（jiàn）和生產的經濟性等因素，選擇眾因素的最佳匹配點，可顯著（zhe）改善模具壽命、質量，獲取（qǔ）突出的經濟效益。

1、表（biǎo）麵強化技術（shù）在模（mó）具（jù）製造中的應用現狀

1.1 滲碳表麵化學熱處理（lǐ）

滲碳工藝是一種較常使用（80%以上）的模具表麵強化技（jì）術，該工藝主要（yào）針對塑料（liào）模具型腔的表麵強化。經滲碳處理後（hòu）的模具工作零件，可達到“外硬內韌”的（de）效果，即工作（zuò）零件表麵獲得硬（yìng）度、

耐磨性、疲勞強度等性能的提升，而心部仍（réng）保持原來的塑（sù）韌（rèn）性、強度，符合對模具工作零件（jiàn）使用性能的要（yào）求。具有滲速快、滲層深（shēn）、成本低，且滲層和基體零件之間（jiān）具有較完美的（de）結合性能，

結合層之間實現平（píng）穩過渡。但操作溫度較高（900～950℃），尤（yóu）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（xìng）加大，因此高精度塑料模具不建議采用該項技術。

氣體滲碳溫度一般（bān）為920～950℃，經王榮濱試驗（yàn）綜合評定：滲碳（tàn）層表麵最（zuì）合（hé）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，淬火組織（zhī）中不允許有粗（cū）條狀馬氏體（tǐ），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中出現網狀碳化物等惡性組織，影（yǐng）響模具質量和壽命，在後續加工過程中易出現應力集中，產生龜（guī）裂等現象。

離子滲碳溫度（dù）一般（bān）為（wéi）900～960℃，與氣體滲碳比較，離子滲（shèn）碳（tàn）具有效率（lǜ）高、變（biàn）形小、汙染小、可處理任何形狀的模具零（líng）件表麵（miàn）等優點，更適合在塑料模具和衝壓模（mó）具表麵強化加工中應用。

1.2 火焰表麵熱噴塗（tú）技術

熱噴塗技（jì）術是一種發展極為迅速（sù）的表麵強化新技術，它是利用熱源（電弧、離子弧、火焰等）將噴塗材料加熱到熔融或半熔融狀態，並使（shǐ）其霧化，以一定的速度噴向經過預（yù）處理的基體表麵，依靠物理變化和化（huà）學變化，與基體（tǐ）結合的工藝方法，此結合層，能提高模具零件的耐磨、耐蝕、耐（nài）熱等性能，且操作簡便，成本較低。近年來，該項技術在模具表麵強化中的應用得到進一（yī）步發展和完善，廣州有色（sè）金屬研（yán）究院采（cǎi）用超音速噴塗硬質合金工（gōng）藝（yì），使Cr12不鏽鋼拉深

模的壽（shòu）命提高了3～10倍。同時該技術應用在模具修（xiū）複（fù）中也取得較大進步，如華中科技大學材料成形與模具技（jì）術國家重點實驗室的張祥（xiáng）林等采用超音速火（huǒ）焰噴塗（HVOF）技術（shù），在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納米結構的WC12Co金（jīn）屬陶瓷塗層，測得（dé）塗層平均剪切強度（dù）達150.8MPa，塗層（céng）的結合強度大於80 MPa，塗層硬度高於1000HV。運用HVOF技術（shù）對冷擠壓模修複後（hòu），完（wán）全能滿足企業的使用要求。

1.3 複合表麵電鍍技（jì）術

電鍍技術是一種用（yòng）電化學方法在基體表麵沉（chén）積金屬或金屬（shǔ）化處理的技術。電鍍硬鉻和硬鎳（niè）是我國（guó）塑料模具表麵處理的（de）傳（chuán）統技術。該（gāi）技術在近室溫下進行（háng），模具性能（néng）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（shēng）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（qí）在模（mó）具強化中的應用（yòng）受到一（yī）定限製，目前隻可用於強化（huà）普（pǔ）通（tōng）塑料（liào）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，複合（hé）鍍是模具行業中鍍層技術（shù）應用最有（yǒu）活力的領域。複合（hé）電（diàn）刷鍍可強化模（mó）具（jù）型腔表麵，也可用於修複模具型腔表麵。研究發現，在模具型腔表麵刷（shuā）鍍非晶態鍍層（0.01～0.02mm），可延長（zhǎng）壽命0.5～1.0倍。複合（hé）鍍層中（zhōng）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（fèn）體（tǐ）現（xiàn）出鍍層的多樣性和綜合（hé）性。大連理工大學的於同敏、劉貴昌等將Ni－P－PTFE複合鍍用於（yú）UPVC管件模具表麵強化，解決UPVC材料對（duì）模具表（biǎo）麵的腐蝕有（yǒu）明（míng）顯效果，達到模（mó）具成型表麵（miàn）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玉在Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微粒複合，應（yīng）用在玻璃纖維增（zēng）強（qiáng）的塑料成型模具中，實踐表明可使其壽（shòu）命提高（gāo）10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜技術

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

物理氣相（xiàng）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（fù）蓋層的實用技（jì）術。該技術在20世紀初開（kāi）始應用，在（zài）最近30年（nián）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（xiàng）環保型、清潔（jié）型（xíng）趨勢發展，主要（yào）用於製造精（jīng）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、張德元采用多弧離子鍍膜（mó）法對20根（gēn）經TiN塗層處理的冷（lěng）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（jiū）院的林鬆盛、代明江對物理氣（qì）相沉積硬質薄膜在工模（mó）具上的應用進行了詳細研究，指出該技術能明顯提高（gāo）模具的使用（yòng）壽命和工件加（jiā）工質（zhì）量。但（dàn）是PVD法也（yě）存在著諸（zhū）如（rú）繞鍍性差等缺點，對形狀複雜的模具零件表麵（miàn）進行處理存在一定限製。

化學氣相沉積（CVD）是在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蓋（gài）層的實用技術（shù）。該技術沉（chén）積溫度高、塗層結合牢固，對（duì）模具（jù）零件表麵形狀幾乎（hū）沒有要求，諸如形狀複雜或帶有槽溝及小孔的零件均可進行均勻塗覆，彌補了（le）物理氣相沉積的相（xiàng）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（mìng）。但CVD法存在處（chù）理溫度（dù）高，仍（réng）需進行淬火處理，會導致較大變形等缺陷，因此（cǐ）在高精（jīng）度模具的製造中此技術的使用受到一（yī）定限（xiàn）製。

等（děng）離子增強化學氣相沉積（PCVD）是利用輝光放電增（zēng）強（qiáng）反應物化學活性，促進氣相間的化學反應，在低溫下沉積出優（yōu）質鍍層的實用技（jì）術，是介（jiè）於CVD和PVD之間的一種處理方法。用PCVD法將塗層鍍覆（fù）在模具工作零件表麵，經實踐證明，經濟效益（yì）非常可觀。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（yòng）PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模具上沉積一層TiC，比無沉積膜層（céng）的模具壽命提（tí）高10倍以上；將PCVD法用於塑（sù）料製（zhì）品模具上（shàng）可提高（gāo）模具壽命1～4倍。北京（jīng）航空航天大學的陶冶教授籌建（jiàn）了PCVD表麵強化技術研究實驗（yàn）室，自行設計製造了試（shì）驗設（shè）備和輔助配套（tào）設施，並及時得到了自然科學基金的資助。項目組研製了基於PCVD複（fù）合滲鍍（dù）法的（de）模（mó）具表麵強化技術，具有工藝溫度（dù）低、均鍍性好和鍍層結合力高等優點，適用於所有（yǒu）高溫回火模具和部分（fèn）低溫回火模具的製備，是目前唯一一種既適用於刀（dāo）具強化又適用（yòng）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（cǐ）可見，PCVD技術在模（mó）具零件強化領域中的應用已經（jīng）有所成就（jiù），

並且應用前景非（fēi）常廣闊。

1.5 高能（néng）束流強化技術

高能束流強化技（jì）術具有非接觸、精確可（kě）控、材料（liào）適應性廣（guǎng）、柔性強、質量優、資源節約和環境（jìng）友（yǒu）好等綜合優勢，既（jì）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（gōng），甚至個性化產品（pǐn）的（de）訂製，是模具（jù）製（zhì）造業中不可缺少（shǎo）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（zuò）模（mó）具、熱作模具和塑料模（mó）具等領域中得到廣（guǎng）泛應用（yòng），其平均壽命一般可提高2～10倍。有（yǒu）重大應用價值。

2、表麵強化技術在模具製造中的應（yīng）用（yòng）前景展望（wàng）

根據研（yán）究，稀土元素可以強化表麵，提高滲速，淨化穩定晶界，同時改善模具零件表麵組（zǔ）織、物理化學性能和機械加工性（xìng）能（néng）。把稀土元素應用在複合（hé）表麵強化技術過程（chéng）中，可獲得更加（jiā）明（míng）顯的（de）效果。如在（zài）Ni－Cu－P－MoS2鍍（dù）層中加入稀土，可使模具型腔麵的耐磨壽命延（yán）長近5倍。除此之（zhī）外，稀土元素在化學沉積、電沉積、噴塗和激光塗覆等方麵都具有明顯的改善作用，但效果尚不十分穩定，可見稀土元素應用於模具製造（zào）將是今後研究的重要方向。

隨著納米技術的飛速發展，其在（zài）提高模具的生產率和壽命方麵效果顯著。但該技術還存在許（xǔ）多（duō）不完善的地方，尚有許多工作要（yào）做，如：複雜的模具型（xíng）腔（qiāng）表麵塗層不均勻、沉積參數不明確、針對模具零件表麵強化機理未（wèi）明等問題。

3、結論

模具工作零件表麵強化技術可以在一定程（chéng）度上彌補目前模具（jù）材料的一些不足，並已顯現出極（jí）強的發展（zhǎn）潛力，但就（jiù）目前的模具零件表麵強化技術而言，仍存在一（yī）些不足，其應用也受到一定限製，隻（zhī）要注重研究開發，一定會加快（kuài）和完善表麵強化技術在（zài）模具製（zhì）造過程中的（de）應用。

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