模具製造中的表麵強化技術是指模具工作零（líng）件表麵經預處理後，通（tōng）過單一或複合表麵技（jì）術處理，使模具工（gōng）作零件獲得（dé）所（suǒ）需（xū）表麵或綜合性能（néng）的專業強化技術。該技（jì）術（shù）的功能性、環保（bǎo）性和增效性等優勢（shì）在模具製造成本、模具質量和模（mó）具壽（shòu）命等方麵起著尤為重要的作用。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素，選擇眾因素（sù）的最佳匹配點，可顯著改善模具壽（shòu）命、質量，獲取突出的經濟效益。

1、表麵強化技術（shù）在模具製造中的應用現狀

1.1 滲碳表麵化（huà）學熱處理

滲（shèn）碳工藝是一種（zhǒng）較常使用（80%以上）的（de）模具表麵強化技術，該工藝主（zhǔ）要針對塑料模具型腔的表麵強化。經滲碳處理後的模具工作（zuò）零件，可達到“外硬內韌”的效果，即（jí）工作零件表（biǎo）麵（miàn）獲得硬度、

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，符合對模具工作零件使用性能的要求。具有滲速快、滲層深、成本低，且滲層和（hé）基體零件之間（jiān）具有較（jiào）完美的結合性能，

結合層之間（jiān）實現平穩過渡。但操作溫度較高（gāo）（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（de）熱處理，從而導致模具變形的可能性加大，因此高精度塑（sù）料模具不建（jiàn）議采用該項技術。

氣體滲碳溫度一般為920～950℃，經王榮濱試驗綜合（hé）評定：滲碳層表麵最合理的含碳（tàn）量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲（shèn）層由外向內（nèi）碳（tàn）質量分數梯度應均（jun1）勻平緩，淬火組織中不允許有粗條狀（zhuàng）馬氏體，過多殘奧，網狀碳化物和（hé）黑色屈氏體。過（guò）高的碳質量分數（shù）易使（shǐ）模具零件組織中出現網狀碳化物等惡性組織，影響模具質量和壽命，在後續加工過（guò）程中易出現應力集中（zhōng），產（chǎn）生龜裂等現象。

離子滲碳溫度一般為900～960℃，與氣體滲碳比較，離子滲（shèn）碳具有效率高、變形小、汙染小、可處理任何形狀的（de）模具零件表麵等優點，更適合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（rè）噴塗技術

熱噴塗技術是一種（zhǒng）發展極為迅速的（de）表麵強化新技術，它（tā）是利用熱源（電弧、離子弧、火焰等）將噴塗材（cái）料加（jiā）熱到熔融或（huò）半熔融（róng）狀態，並（bìng）使其霧化，以一定的（de）速度噴向經過預處理的基體（tǐ）表麵，依靠物理變化和化學變化，與基體結合的工藝方法，此（cǐ）結合層，能提高模具零件的（de）耐磨、耐蝕、耐（nài）熱等性能，且操作簡便（biàn），成本（běn）較低。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和（hé）完善，廣州有色金屬（shǔ）研究院采用超（chāo）音速噴塗硬質合金工藝，使Cr12不鏽（xiù）鋼拉深

模（mó）的壽命提高了（le）3～10倍。同時該技術應用在模具修複中也取得（dé）較大進步，如華中科技大學材（cái）料成形與模具技術國家重點實驗室的張祥林等采用超音速火（huǒ）焰（yàn）噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具（jù）鋼（gāng）表麵製備了納米結構的（de）WC12Co金（jīn）屬陶瓷塗（tú）層，測得塗層（céng）平均剪切強度達150.8MPa，塗（tú）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，完全能滿足企業的使用要求。

1.3 複合表麵（miàn）電鍍技術

電鍍技術是一種（zhǒng）用電化學方法在基體表麵沉積金屬或金屬（shǔ）化處理的技術。電鍍硬鉻和硬鎳是我（wǒ）國塑料模具表麵處（chù）理的（de）傳統技術。該（gāi）技術在（zài）近室溫下進行，模具性能（néng）幾（jǐ）乎不受（shòu）影響，也不會出現嚴（yán）重變形，

同時（shí）電鍍層的表麵粗糙度較低，硬度升高為800HV。但仍存在諸（zhū）多問題，如：耐蝕性不高，溝槽、深孔無法（fǎ）處理，使其在模具強化中的應用受到一定限製，目前隻可用於強（qiáng）化普通塑料模具的耐磨（mó）性，不適用於形狀複雜（zá）且耐蝕性要求高的塑料模具。

目前，複合鍍是模具行業中鍍層技術應用最有活力的領域（yù）。複合電刷鍍（dù）可強化模具型（xíng）腔表麵，也可用於修複模具型腔表麵。研究（jiū）發（fā）現，在模具型腔表麵刷鍍非晶態鍍層（0.01～0.02mm），可延長壽命（mìng）0.5～1.0倍。複合鍍層中可加入微粒的品種較多，且參數調整範圍（wéi）較寬，可操作性強，充分（fèn）體現出鍍（dù）層的多樣性（xìng）和綜合性。大連理工（gōng）大學的於同敏、劉（liú）貴昌等將Ni－P－PTFE複（fù）合（hé）鍍用於UPVC管件模具表麵強化，解決UPVC材料對模具表（biǎo）麵的腐蝕有明顯效果，達到模具成型表麵耐（nài）磨耐腐蝕等綜合性能要求，但其硬度稍低。為（wéi）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，應用在（zài）玻璃纖維增強（qiáng）的塑料成型模（mó）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

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

物理氣相沉積（PVD）是用物理方法使鍍膜材料汽（qì）化後在基體表麵沉（chén）積成（chéng）覆蓋層的實用技術。該技術在20世紀（jì）初開始應用，在最近30年（nián）發展迅速，成為了一門具有廣闊應（yīng）用前景的新（xīn）技術，並逐漸向環保型、清潔（jié）型趨勢發展，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（hú）離子鍍膜法對20根經TiN塗層處理的冷擠壓凸模進行實際使用壽（shòu）命試驗，發現其壽命提高1.5倍以上（shàng）；廣州有色金屬研究院的林鬆（sōng）盛、代明江對物理氣相沉積硬質薄膜在工模具上的應用進行（háng）了詳細（xì）研究，指出該技術（shù）能明顯提高模（mó）具的使用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行處理存在一定限製。

化學氣（qì）相沉積（CVD）是（shì）在900～2000℃範圍內用化學方法（fǎ）使氣體在基體材料表麵發生化學反應並形成覆蓋層的實（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（miàn）形（xíng）狀幾乎沒有要求，諸（zhū）如形狀複雜或帶有槽溝及（jí）小孔的零件均可（kě）進行均勻塗覆，彌補了物理氣相沉積的相關缺陷，例如在模具表麵強（qiáng）化中經常（cháng）使用的TiC塗層硬度高，耐磨性好，摩擦因數小（xiǎo），減（jiǎn）摩性好，抗咬合性強，大幅度提高模具的使用壽命。但CVD法存在（zài）處理溫（wēn）度高，仍需進行淬火（huǒ）處理，會（huì）導致較大變形（xíng）等缺陷，因此在高精度模具的製造（zào）中此技（jì）術（shù）的使用受到一定限製。

等離子增強化學氣相沉積（PCVD）是利用輝光（guāng）放電增強反應物化學活（huó）性，促進氣相間的化學反應，在低（dī）溫下沉積（jī）出（chū）優質鍍層的實（shí）用技術，是介（jiè）於CVD和PVD之間（jiān）的一種處（chù）理方法。用PCVD法將塗層鍍覆在模具工作零件（jiàn）表（biǎo）麵，經（jīng）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技術在模具強化（huà）中的應用進行研究，發現利用PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模具上（shàng）沉積一層（céng）TiC，比無沉積（jī）膜層的模（mó）具壽命提高10倍（bèi）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表麵強化技術研究實驗室，自行設計製造了試驗設備（bèi）和輔助配套設施，並及時得到了自然科（kē）學基（jī）金的資助。項目組研製了基於PCVD複合滲鍍法的模具表麵強（qiáng）化技術（shù），具有工藝溫度低、均鍍性好和鍍層結合力高等優點，適用於所有高（gāo）溫回火模具和部分低溫回火模具的製（zhì）備（bèi），是目前唯一一種既適用於刀具（jù）強化又適用於（yú）形狀複

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

並且應用（yòng）前景非常廣闊。

1.5 高（gāo）能（néng）束流（liú）強化技術

高能束流強化（huà）技術具有非接觸、精確可控（kòng）、材料適應性廣、柔性強（qiáng）、質量優、資源（yuán）節（jiē）約（yuē）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（zhǒng）、小（xiǎo）批量加工，甚至個性化產品的（de）訂製，是（shì）模具製造業中不可缺（quē）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（lěng）作模具、熱作模具和塑（sù）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（chóng）大應用價值。

2、表麵強化技術在模具（jù）製造中的應用前（qián）景展望

根據研究，稀土元素可以（yǐ）強化表（biǎo）麵，提高滲速，淨化穩定晶界（jiè），同時改善模具零件表麵組織、物理化學性能（néng）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，可獲得更加明顯的效果。如在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長近5倍。除（chú）此之外，稀土元素（sù）在化學（xué）沉積、電沉積、噴塗和激光塗覆等方麵都具（jù）有明顯的改善作用，但效果尚不十分穩定，可見稀土元素應（yīng）用於模具製造將是今後研究的重要方向。

隨著納（nà）米（mǐ）技術的飛速發展，其在提高模具的生（shēng）產率和（hé）壽命方麵效果顯著。但該技術還存在許多不完善的地方，尚有許多工作要做，如：複雜的模具型（xíng）腔表麵塗層不均勻、沉（chén）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

模具工作零件表麵強化技術可以在一定程度上（shàng）彌補目前（qián）模具材料的一（yī）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，仍存在一些不足，其應用（yòng）也受到一定限製，隻要注重（chóng）研究開（kāi）發，一定會加快和完善表麵強（qiáng）化技（jì）術在模（mó）具製造（zào）過程中的應用。

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