模具製造中的表麵強化技術（shù）是指模具工作零（líng）件表（biǎo）麵經預處理後，通過單一或複合表麵技術處（chù）理，使模（mó）具工作零件獲得（dé）所需表麵或綜合性能的專業強化技術。該技術的功（gōng）能（néng）性、環保性和增（zēng）效性等優勢在模（mó）具製造成本、模具質量和模具壽命等方麵起著尤為重要的作用。在生產（chǎn）中，綜合考慮該技術的特（tè）點、模具工作（zuò）條件和生產的經濟性等因素，選擇眾因（yīn）素的（de）最佳匹（pǐ）配點，可顯著改（gǎi）善模具壽命、質量（liàng），獲取突出的經濟效益。

1、表麵強化技術在模具製造中的應用現狀（zhuàng）

1.1 滲碳表麵化學熱處理

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）腔的表麵強化。經滲碳處理後的模具工作零件，可達到“外硬內韌（rèn）”的效果，即工作（zuò）零件表麵獲（huò）得硬度、

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

結合層之（zhī）間實現（xiàn）平穩過渡。但操作溫度較高（900～950℃），尤其是離子滲碳溫度可達1100℃，且滲碳後還需進（jìn）行相應的熱處理，從而導致模具變形的可能（néng）性加大，因此高精度塑料模具（jù）不建議采用該（gāi）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（shèn）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（zhì）量分數梯度應均勻平緩，淬火組（zǔ）織中不允許有粗條狀馬氏體，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使模具零件組織中（zhōng）出現網狀碳化物等惡性組織，影響模具質量（liàng）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（bān）為900～960℃，與氣體滲碳（tàn）比較（jiào），離子滲碳具有效率高、變形小、汙染小、可處理任何形（xíng）狀的模具零件表麵等優點，更適合（hé）在塑料模具和衝壓模具表麵強化加工中應用。

1.2 火焰表麵熱噴塗技術

熱噴（pēn）塗技術（shù）是一種發展極為迅速的表麵強化新技術，它是利用熱源（電弧、離子弧、火焰等）將（jiāng）噴塗材料加（jiā）熱到熔融或（huò）半熔融狀態，並使其霧化，以一定的速度噴向經過預（yù）處（chù）理的基體表麵（miàn），依靠物理變化和化學變化，與基體（tǐ）結合的工藝方（fāng）法，此結合層，能提高模具零件的耐磨、耐蝕、耐（nài）熱等性（xìng）能，且操作簡（jiǎn）便，成本較低。近年來，該項（xiàng）技（jì）術在模（mó）具表（biǎo）麵強化中的應用得到進一步發展和完善，廣州有色金屬研究院采用超音速噴塗硬質合金工藝，使Cr12不鏽鋼拉深

模的（de）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（dà）進（jìn）步，如華中科技大學材料成形與模具技術國家重點實驗室（shì）的張祥林等采用超音（yīn）速火焰噴塗（HVOF）技術（shù），在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納米結構的WC12Co金屬陶瓷（cí）塗層，測得塗（tú）層平均剪切強度達150.8MPa，塗層的結合強度大於80 MPa，塗層（céng）硬度高於1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓（yā）模修複後，完全能滿足企業的使用要求。

1.3 複合表麵電鍍技術

電（diàn）鍍技術是一種用電化學方法在基體表麵沉積金屬或金屬化處理的技術。電鍍硬鉻（gè）和硬鎳是我國塑（sù）料（liào）模具表麵處理的（de）傳統技術。該技術在近室溫下進行，模（mó）具（jù）性能幾乎不受（shòu）影（yǐng）響，也不會出現嚴（yán）重變形（xíng），

同時電鍍（dù）層（céng）的（de）表麵粗糙度較低，硬度升高為800HV。但仍存在諸多問題（tí），如（rú）：耐蝕性（xìng）不高，溝槽、深孔無法處理，使其在模具強（qiáng）化中的應用受到一定（dìng）限製，目前隻可用於強化普通塑料模具（jù）的耐磨性，不適用（yòng）於形狀複（fù）雜且耐（nài）蝕性要求（qiú）高的塑料模具。

目前，複合鍍（dù）是模具（jù）行業中鍍層技術應（yīng）用最有活力（lì）的領域。複合電刷（shuā）鍍（dù）可（kě）強化模（mó）具型腔表麵，也可（kě）用於修複模具型腔表麵。研究發現，在模具型腔（qiāng）表麵（miàn）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（céng）中可加入微粒的品種較（jiào）多，且（qiě）參數調整範圍較寬，可操作性強，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敏（mǐn）、劉貴昌等將Ni－P－PTFE複合鍍用於UPVC管件模具（jù）表麵強化，解決UPVC材料（liào）對模具表麵的腐蝕（shí）有明（míng）顯效果，達到模具成型表麵耐磨耐腐（fǔ）蝕等綜合性能（néng）要求（qiú），但其硬（yìng）度稍低。為此哈爾濱（bīn）工業大學的範（fàn）會玉在Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微粒複合，應用在玻璃纖維增強的塑料成型模具中，實踐表明可使其壽命提高10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜技術

鍍膜技術也就是（shì）氣相沉積技術，是將具有特殊性能的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（jiàn）具有優（yōu）異性能（néng）。工業中使用頻率較高的穩定化（huà）合物主要有TiC、TiN、SiN等。

物理氣相沉積（jī）（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實用技術。該技術在20世（shì）紀初開始應用，在最近30年發展迅速，成為了一門具有廣闊（kuò）應用前景的新技術，並逐漸向環保型、清潔型趨勢發（fā）展，主要用於製造（zào）精度較高的冷作（zuò）模具。江（jiāng）西省科（kē）學

院應用物（wù）理研究所的彭文（wén）屹、張德（dé）元采用（yòng）多弧離子鍍膜法對（duì）20根經TiN塗層處理的冷（lěng）擠壓凸模進行實際（jì）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（xiàng）沉積硬質薄膜在工模具上的應用進行了詳細研究（jiū），指（zhǐ）出該技術能明顯提（tí）高模具的使用壽命和工件加工質量。但是PVD法也存在著諸如（rú）繞鍍性（xìng）差等缺點，對形（xíng）狀複雜的模具零件表麵進行處理存在一（yī）定限製。

化學氣相（xiàng）沉積（CVD）是在900～2000℃範（fàn）圍內用化學方法使氣體在基體材料表麵發生化學反應並形（xíng）成覆蓋層（céng）的實（shí）用技術。該技術沉積溫度高、塗層結合牢固，對模具零件表麵形（xíng）狀（zhuàng）幾乎沒有要求，諸如形狀複雜或帶有槽溝及小孔的零件均可進（jìn）行均勻塗覆，彌補了物理氣（qì）相（xiàng）沉積的相關缺陷（xiàn），例（lì）如在模具表麵強化中（zhōng）經常使用的TiC塗層硬度（dù）高，耐磨性好，摩擦因數小，減摩（mó）性好，抗咬合性強，大幅度（dù）提高模具的使用壽命。但CVD法存在處理溫度高（gāo），仍需（xū）進行淬火處理，會導致（zhì）較大（dà）變形等缺陷，因此在高精度模具的製造中（zhōng）此（cǐ）技術的使用受到一定限製。

等（děng）離子增（zēng）強化學氣（qì）相沉積（PCVD）是利用輝光放電增強反應物化學活性，促進氣相間的化（huà）學反應，在低溫下沉積出（chū）優質鍍層（céng）的實用（yòng）技術，是介於CVD和（hé）PVD之間的（de）一種處理方法。用PCVD法將塗層鍍覆在模具工（gōng）作零件表麵，經（jīng）實（shí）踐證明，經濟效益非常可觀。重慶工學院的張葉成、張津對PCVD技術在模具強化中的應用（yòng）進行研（yán）究，發現利用PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模具上沉積（jī）一層TiC，比無沉積膜層的模具壽命提高10倍以上；將PCVD法用於塑料製品模具上可提高模（mó）具壽命1～4倍。北京航空航天大學（xué）的陶冶教（jiāo）授籌建了PCVD表麵強化技術研究實驗室，自行設計製造了（le）試驗設備和輔助配套設施，並及時得到了自然科（kē）學基金的資助。項目組研製（zhì）了（le）基於PCVD複合滲鍍法的模具表麵強化技術，具有工藝溫度低、均鍍性好和鍍層結合力高等（děng）優點，適用於所有高溫回火模具和部分（fèn）低溫回火模具的（de）製備，是（shì）目前唯（wéi）一一種既適用於刀具強化又適用於形狀複

雜（zá）的（de）模具表麵強化的（de）氣相沉積表麵強化技術。由此可（kě）見（jiàn），PCVD技（jì）術在模具零件強（qiáng）化領（lǐng）域中的應用已經（jīng）有所成就，

並（bìng）且（qiě）應用前景非常（cháng）廣闊。

1.5 高（gāo）能束流強化技術

高能束流強（qiáng）化技術具（jù）有非接觸、精確可控、材料適應性廣、柔性強、質量（liàng）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，又適用於多品種（zhǒng）、小批（pī）量加工，甚至個性化產品（pǐn）的訂製，是模具製造業中不可缺少的重要技術。其中，離子注（zhù）入技術以其幾乎完美的強化效果（guǒ）在冷作模具、熱作模具和（hé）塑料模具等領域（yù）中得到（dào）廣泛應用，其平均壽命一般可提高2～10倍（bèi）。有重大應用（yòng）價值。

2、表麵強化技術在模具製造中的應用前景展望

根據研究，稀土元素可以強（qiáng）化表麵，提高滲速，淨化穩定晶界，同時（shí）改善模具（jù）零件表麵組織、物理化學性能和機（jī）械加工性能。把稀土元素應用在複合表（biǎo）麵強化技（jì）術過程中（zhōng），可獲（huò）得更加明顯的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加（jiā）入稀土，可使模具型腔（qiāng）麵（miàn）的（de）耐磨壽命延長近5倍。除此之（zhī）外，稀土元素在化（huà）學沉積、電沉積、噴（pēn）塗和激光塗覆等方麵都具（jù）有明顯的改善作用（yòng），但效（xiào）果尚不十分穩定（dìng），可見稀土元素應用於模（mó）具製（zhì）造將是今後研（yán）究的（de）重要方向。

隨著納米技術的飛速發展，其在提高模（mó）具的生產（chǎn）率和壽命方麵效果顯著。但該技術還存在許多不完善（shàn）的地方，尚（shàng）有許多工作要做，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明等問題。

3、結論

模（mó）具工作零件表麵強化技術（shù）可以在一定程度上彌補目（mù）前模具材料的一些不足，並已（yǐ）顯現出極（jí）強的發展潛力，但就目前的模具零件（jiàn）表麵強化技術而言，仍存（cún）在一些不（bú）足，其應（yīng）用也受到一定限製，隻要注重研究開發，一定會加快（kuài）和完善表麵強化技術在模具製造過程中（zhōng）的應用。

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