模具製造中的表麵強化技術是指模具工作零件表（biǎo）麵經預處理（lǐ）後，通過單一或複合（hé）表麵技（jì）術處理，使模（mó）具工作零件獲得所需表麵或綜合性能的專業強化技術。該技術的功能性、環保性和增效性等優勢在模具製造成本、模（mó）具質量（liàng）和模具壽命等方麵起著尤為重要的作用（yòng）。在（zài）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（xuǎn）擇眾因素的最佳匹配點，可（kě）顯著改善模具壽（shòu）命、質量，獲取（qǔ）突出的經濟效益。

1、表麵強化技術在模具製造中的應用（yòng）現狀

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（jù）表麵強化技術，該工藝主要針對塑料模具（jù）型（xíng）腔的表麵強化。經滲碳處理後的模具工作零件，可達到（dào）“外硬內韌（rèn）”的效果，即工作零件表麵獲得（dé）硬度、

耐磨性、疲勞強度等性能的提升（shēng），而心（xīn）部仍保持原來的塑韌性、強度，符合（hé）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）基體零件之間具有較完（wán）美的結合性能，

結（jié）合層（céng）之間實現平穩過渡。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（háng）相應的熱處理，從（cóng）而（ér）導致模（mó）具變形（xíng）的（de）可能性加（jiā）大，因此高精度塑料模具不建議采用該項（xiàng）技術。

氣體滲碳溫度一般為920～950℃，經王榮濱試（shì）驗綜合評定：滲碳層表麵最合理的含碳量為（wéi）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（mó）具零件組織中出現網狀（zhuàng）碳化物等惡性組織，影響模具質量和壽命，在後續加工過程（chéng）中易出現（xiàn）應力集中，產生龜裂等現象。

離子滲碳溫度一般為900～960℃，與氣體滲碳比（bǐ）較，離子滲碳具有效（xiào）率高、變形（xíng）小、汙染小、可處理（lǐ）任何形狀（zhuàng）的模具零件表麵等優（yōu）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 火焰表麵熱噴塗技（jì）術

熱噴塗技術是一種發展極為迅速的表麵強化新技（jì）術，它是利用熱源（電弧、離子弧、火焰（yàn）等）將噴塗材料加熱（rè）到熔融（róng）或半熔融狀態，並使其霧化，以一定的（de）速度噴向經過（guò）預處理的基體（tǐ）表麵，依靠（kào）物理變化（huà）和化學變化，與基體結合的工藝方法，此結合層，能提高模具零件的耐磨、耐蝕、耐熱等（děng）性能，且操作簡便，成本較低。近年來，該項技術在（zài）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

模的壽命提高了3～10倍。同時該技（jì）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技術國家重點實驗室（shì）的張祥林等采用超（chāo）音速（sù）火焰噴塗（tú）（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表（biǎo）麵製備（bèi）了納米結構的WC12Co金屬陶瓷塗層（céng），測得塗（tú）層（céng）平均剪切強度達（dá）150.8MPa，塗層的（de）結合強度（dù）大於80 MPa，塗（tú）層硬度高於1000HV。運（yùn）用HVOF技術對冷擠壓模修複後，完全（quán）能滿足企業的使用要（yào）求。

1.3 複合表麵電鍍（dù）技（jì）術

電（diàn）鍍技術是一種用電化學方法在基體（tǐ）表麵沉積金屬（shǔ）或（huò）金（jīn）屬化處理的（de）技術。電鍍硬鉻和硬鎳是我國塑料模具表麵處理的傳統技術。該技術在近室溫下進行，模具性（xìng）能幾乎不受影響，也不會出（chū）現（xiàn）嚴重變（biàn）形，

同時電鍍層的表麵粗糙度較低，硬（yìng）度升高為（wéi）800HV。但仍存在諸多問題（tí），如：耐蝕性不高，溝槽、深孔無（wú）法處理，使其在模具強（qiáng）化（huà）中的應用受到一定限製，目前隻可用於（yú）強化普通塑料模具的耐磨性，不適用於形狀複雜（zá）且（qiě）耐（nài）蝕性（xìng）要求高的塑料模具。

目（mù）前，複（fù）合（hé）鍍是模具行（háng）業中鍍層技術應（yīng）用最有活力的領域。複合電刷（shuā）鍍可強（qiáng）化模具型腔表麵，也可用於修複模具型腔表麵。研究發現，在模具型腔（qiāng）表麵（miàn）刷鍍非晶態（tài）鍍層（céng）（0.01～0.02mm），可延長壽命0.5～1.0倍。複合鍍層中可加入微粒的品種較多，且參數調（diào）整範圍較寬，可操作性強，充分體現出鍍層的多樣性（xìng）和綜合性。大連理工大學的於同敏、劉貴昌等將Ni－P－PTFE複（fù）合鍍用於UPVC管件模具表麵強化，解決UPVC材料對模具表麵的腐（fǔ）蝕有（yǒu）明顯效果，達到模（mó）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（sù）料成（chéng）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（mó）技術

鍍膜技術也就是氣相沉積技（jì）術（shù），是將具有特殊性能的穩定（dìng）化合物沉（chén）積於（yú）模具工作（zuò）零件表麵，形成（chéng）超硬鍍膜，使模具工作（zuò）零件（jiàn）具有優異性能。工業中使用頻（pín）率較高（gāo）的穩定化（huà）合物主要有TiC、TiN、SiN等。

物理氣（qì）相沉積（PVD）是用物理方法使鍍膜材料汽（qì）化後在基體表麵沉積（jī）成覆蓋層（céng）的實用技術。該技術在20世紀初開始應用，在最近（jìn）30年發展迅速，成為了一門具有廣闊應用前景的新技術，並（bìng）逐漸向環保型、清潔型趨勢發展，主要用（yòng）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（wén）屹、張德元（yuán）采用多弧離子鍍膜法對20根經TiN塗（tú）層處理的冷擠壓凸模進行實際使用壽命試驗（yàn），發現其壽（shòu）命提（tí）高1.5倍以上；廣州有色金屬研究院的林鬆盛（shèng）、代（dài）明江對物理氣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（jì）術能明顯提高模具的（de）使用（yòng）壽命和工（gōng）件（jiàn）加工質量（liàng）。但（dàn）是PVD法也（yě）存在著諸如繞鍍性差等缺點，對形狀複（fù）雜的模具零件表麵進行處（chù）理存在一定限製。

化學氣相沉積（CVD）是在900～2000℃範圍內用化學方法使氣體在基體材料表（biǎo）麵（miàn）發生化學反應並形成覆蓋層的實用技術。該技術沉積溫度高、塗層結合牢固，對模具零件表麵形狀幾乎沒有要求，諸如形狀複雜或帶有槽溝（gōu）及小孔的零件均可進行均勻塗覆，彌補了物理（lǐ）氣（qì）相沉積的（de）相關缺陷，例如在（zài）模（mó）具表麵強化中經（jīng）常使用的（de）TiC塗層硬度高，耐磨性好，摩擦因數（shù）小，減摩性好，抗（kàng）咬合性強，大幅度（dù）提高（gāo）模具的使（shǐ）用壽命。但CVD法存在處理溫度高，仍需進行淬火處理，會導致（zhì）較大變形等缺陷，因此在高精度模具（jù）的製造中此技術的（de）使用受到一定限（xiàn）製。

等離子增強化學氣（qì）相沉積（PCVD）是利（lì）用輝（huī）光放電增（zēng）強反應（yīng）物化學活性，促進氣相（xiàng）間的化學反（fǎn）應，在低溫下沉積出（chū）優（yōu）質鍍層的（de）實用技術，是介於CVD和PVD之間的一種處（chù）理（lǐ）方法。用PCVD法將塗層鍍覆在模具工作零件表麵，經實踐證（zhèng）明，經濟效益非常（cháng）可觀。重慶工（gōng）學院的張葉成、張津對PCVD技術在模具強化中的應用進（jìn）行（háng）研究，發現利用PCVD技術在W18Cr4V冷擠（jǐ）壓模具上沉積一層TiC，比無沉（chén）積（jī）膜層的模具壽命（mìng）提高10倍以上；將（jiāng）PCVD法用於塑料製（zhì）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（yě）教授籌建（jiàn）了PCVD表麵強（qiáng）化技（jì）術研究實驗室，自行設計製造了試驗設備和輔助配套設（shè）施，並及時得到了自然科學（xué）基金的（de）資助。項目組研製了基於PCVD複合滲鍍法的模（mó）具表麵強化（huà）技術，具有工藝溫度低、均鍍性好和鍍層結合（hé）力高等優（yōu）點，適用於（yú）所（suǒ）有高溫回火模（mó）具（jù）和部分低溫回火（huǒ）模具的製備，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（jù）表麵（miàn）強化（huà）的氣相沉積表（biǎo）麵強化技術。由此可見，PCVD技術在模具零件強化領域中（zhōng）的應用已（yǐ）經有所成就，

並且（qiě）應用前景非常廣闊。

1.5 高能束流強化技術

高能束流強化技術具有非（fēi）接觸、精確可控、材料適應性（xìng）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化生產，又適用（yòng）於多品種、小批量加工，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（zhōng），離子注入技術以其幾（jǐ）乎完美的強化效果在冷作模具、熱作模（mó）具和塑料模具等（děng）領域中得到（dào）廣泛應用，其平（píng）均（jun1）壽命一般可提高2～10倍。有（yǒu）重大應用價值。

2、表麵強化（huà）技術在模具製造中的應用前景展望

根據研究（jiū），稀土元素可以強化表麵（miàn），提高滲速，淨（jìng）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（xiè）加工（gōng）性能。把稀土元（yuán）素應用在複合表麵強化技術過（guò）程中，可獲得（dé）更加明顯的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加入稀土，可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）光塗覆（fù）等方麵都具有明顯的改善作用（yòng），但效果尚不（bú）十分穩定，可見稀土元素（sù）應用（yòng）於模具製造將是今後研究的重要方向。

隨著納米技術的飛速發展，其在提高模具的生產率和壽命方麵效果顯（xiǎn）著。但該技術還存在許多不完善（shàn）的地方，尚有許多工作要（yào）做，如：複雜的模具型腔表麵塗層（céng）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可以在一定程度上彌補目前（qián）模具材料的一些不足，並已顯（xiǎn）現出極強的發展潛力（lì），但就目前的（de）模具零件表麵強化技術而言，仍（réng）存在一些不足，其應用也（yě）受到一定限製，隻要注重研究開發，一定（dìng）會加（jiā）快和完善表麵強化技術在模具製造過程中的應用。

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