模具製造中的表麵強（qiáng）化（huà）技術是指模具工作零件表麵經預處理後，通過單（dān）一或（huò）複合表麵技術處理，使模（mó）具工作零件獲得所需表麵或（huò）綜合性能的專業強化技術。該技術的（de）功能性、環保性和增效性等優勢在模具製造（zào）成本、模具質量和（hé）模具壽命等方麵起著尤為（wéi）重要的作用。在生產中，綜合考慮該（gāi）技術（shù）的特點、模具工作（zuò）條件（jiàn）和生產的經濟性（xìng）等因素，選擇（zé）眾因（yīn）素的最佳（jiā）匹配點，可顯著改善模具壽命、質量，獲取（qǔ）突出的（de）經濟效益。

1、表麵強化（huà）技術在（zài）模（mó）具製造中的應用現狀

1.1 滲碳表麵化學熱處理

滲碳工藝（yì）是（shì）一種較常使用（80%以上）的模（mó）具表麵強化技（jì）術，該工藝主要針對塑料模具型腔的（de）表麵（miàn）強化。經滲碳處理（lǐ）後的模具工作零件，可達到“外硬內韌”的效（xiào）果，即工作零（líng）件表麵獲得硬度、

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（yòng）性能的要求。具有滲速快、滲層（céng）深、成本低，且（qiě）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（jiào）高（900～950℃），尤其（qí）是離子滲碳溫度（dù）可達1100℃，且（qiě）滲碳後（hòu）還需（xū）進行相應的熱處理，從而導致模具變形的可能性加（jiā）大，因（yīn）此高精度塑料模具不建議采用該項技術。

氣體滲碳溫度一般為920～950℃，經王榮（róng）濱試（shì）驗綜合評定：滲碳層表麵最合理的含碳量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向內碳（tàn）質量（liàng）分數梯度應均勻平緩，淬火組織中不（bú）允許有（yǒu）粗條狀馬氏體，過多殘奧（ào），網狀碳化物和黑色屈氏體。過高的碳質（zhì）量分數易使模（mó）具零件組（zǔ）織中出現網狀碳化物等惡性組（zǔ）織，影響模具質量和壽命，在（zài）後續加工過（guò）程中易出現應力集中，產生龜裂等現象。

離（lí）子滲碳溫度一般為（wéi）900～960℃，與氣體滲碳比較，離子滲碳具有效率高、變形小、汙染小、可處理任何形狀的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（biǎo）麵熱噴塗技術（shù）

熱噴（pēn）塗技術是（shì）一種發展極為迅（xùn）速的表麵強化（huà）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（zhuàng）態，並使其霧化，以一定的速度噴向（xiàng）經過預處理的基體表麵，依靠物理變化和化學變化，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、耐熱等性能，且操作簡（jiǎn）便，成本較低。近（jìn）年來，該項技術在（zài）模具表麵強化中的應用得到進一步發展和完善，廣（guǎng）州有色金（jīn）屬研究院采用超音速噴塗硬質合金工藝，使（shǐ）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（xiū）複中也取得較大進步，如華中科技（jì）大學材料成形（xíng）與模具技術國家重點實驗室的張祥林等采用超音速火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納米（mǐ）結構的WC12Co金（jīn）屬陶瓷塗層，測得塗層平均剪切強度達150.8MPa，塗層的結合強（qiáng）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（zú）企業的使用要求。

1.3 複合表麵電（diàn）鍍技術（shù）

電鍍（dù）技術（shù）是一種用電化學方（fāng）法在基體表麵沉積金屬或金屬化處理的技術。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（xià）進行，模具性能幾乎不（bú）受影響，也不（bú）會出現嚴重變形，

同時電鍍（dù）層的（de）表麵粗糙度較低，硬度升（shēng）高為800HV。但仍存在諸多（duō）問題，如：耐蝕性不高，溝（gōu）槽、深孔無法處理，使其在（zài）模具強化中的應用受到一定限製（zhì），目前隻可（kě）用於強化普通塑料模具的耐磨性（xìng），不適用於形狀複雜且耐蝕性要（yào）求（qiú）高的塑料模具。

目前，複合鍍是模具（jù）行（háng）業中（zhōng）鍍層技術應用最有活力（lì）的領域。複合電刷（shuā）鍍可強（qiáng）化（huà）模具型（xíng）腔表麵，也可用於修複模具型腔（qiāng）表麵。研究發現，在模具型腔表麵刷鍍非晶態鍍層（0.01～0.02mm），可延長壽命0.5～1.0倍。複合鍍層（céng）中可（kě）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和綜合性。大連理工大學的於同敏（mǐn）、劉（liú）貴昌等（děng）將Ni－P－PTFE複合鍍用於UPVC管件（jiàn）模具表麵強化，解決UPVC材料對模具表麵（miàn）的腐蝕有（yǒu）明顯效（xiào）果，達到模具成型表（biǎo）麵耐磨耐腐（fǔ）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（chǔ）上，將PTFE與（yǔ）SiC微粒複合，應用在玻璃纖（xiān）維增強的（de）塑料成型模具中，實踐表（biǎo）明（míng）可使其壽命提高10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵（miàn）鍍膜技術

鍍膜技術也就是氣相沉積技術，是將（jiāng）具有特殊性（xìng）能的（de）穩定化合物沉積於模具工作（zuò）零件表麵，形成（chéng）超硬鍍膜，使模（mó）具工作零件具有優異性能。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（chén）積（PVD）是用物理方法使鍍膜材料（liào）汽化後在基體（tǐ）表麵（miàn）沉積（jī）成覆蓋層的實用技術。該技（jì）術在20世紀初開始應用，在最近30年發展迅速，成為了一門具有廣闊應用前（qián）景的新技術，並逐漸向環（huán）保型、清（qīng）潔型趨勢發展，主要用於製（zhì）造精度較高的冷作模具。江西省科學

院應（yīng）用物理研究所（suǒ）的彭文屹、張德元采用多弧離子鍍膜法對（duì）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，發現其壽命提高1.5倍以（yǐ）上；廣州有色金屬研究院的林鬆盛、代明（míng）江對物理氣相沉積（jī）硬質薄膜在工模具（jù）上的應用進行了（le）詳細研究（jiū），指出該技術能明顯提高模具的使用壽命和工件加工質量。但是PVD法也存在著（zhe）諸（zhū）如繞鍍性差等缺點（diǎn），對形狀複雜的模（mó）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（qì）體在基體材料表麵發生化學反（fǎn）應並形（xíng）成覆蓋層的實用技術。該（gāi）技術沉積（jī）溫度高（gāo）、塗（tú）層結合牢固，對模具（jù）零件（jiàn）表麵形（xíng）狀幾乎沒有要求，諸如形（xíng）狀複雜或（huò）帶（dài）有槽溝及小孔的零件均可（kě）進行均勻塗覆，彌補了物理氣相沉積的（de）相（xiàng）關缺陷，例如在模具表麵強化中經常使（shǐ）用的TiC塗層硬（yìng）度高（gāo），耐磨性好，摩擦因數小（xiǎo），減摩性好，抗咬合性（xìng）強（qiáng），大幅度提高模具的使用壽命。但CVD法存在處理溫度高，仍需進行淬火處理，會導致較大變形等（děng）缺陷，因此在高精度模具的製（zhì）造中此技術的使用受到一定（dìng）限製。

等離子（zǐ）增強化學氣相（xiàng）沉積（PCVD）是利用輝光放電增強反應物化學活性，促進氣相間的化學（xué）反（fǎn）應，在低溫下（xià）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（chù）理方法。用PCVD法將塗層鍍覆在模具工作零件表麵，經實踐證明，經濟效（xiào）益非常（cháng）可觀。重慶工學院的張葉（yè）成、張津對PCVD技術在模（mó）具強化中的（de）應用進行研究，發現利用PCVD技術（shù）在W18Cr4V冷擠壓模具上沉（chén）積一層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（pǐn）模具上可（kě）提高模具壽命1～4倍。北京航（háng）空航天大學的陶冶教授籌（chóu）建了PCVD表麵強化技術（shù）研究實驗室，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基金的資助。項目（mù）組研製（zhì）了基於PCVD複合滲鍍法的模具表麵強（qiáng）化技術，具有工藝溫度（dù）低、均（jun1）鍍性（xìng）好和鍍層結（jié）合力高等優點，適用於所有高溫（wēn）回火模具和部分低溫回火模具的製備（bèi），是目前唯一一種既適用於刀具強化又適用於形狀複（fù）

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

並且應用前景非常廣（guǎng）闊。

1.5 高能束流強化技術（shù）

高能束流強化技術具（jù）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化（huà）生產，又適用於多品（pǐn）種（zhǒng）、小批量加工，甚至個性化產品的訂製，是模具製造業中不可（kě）缺少的重要技術（shù）。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、熱作模具和塑料模具等（děng）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製（zhì）造中的應用前景展（zhǎn）望

根據研究，稀土元（yuán）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織（zhī）、物理化學性（xìng）能和機械加工性能。把稀土元素應用在複合表麵強化技術過程中（zhōng），可獲得更加明顯的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍（dù）層（céng）中加（jiā）入稀土，可（kě）使模具型（xíng）腔麵的耐磨壽命延長近5倍（bèi）。除此之外，稀土元素在化學（xué）沉積、電沉積（jī）、噴塗和激（jī）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將（jiāng）是今後研究的重要方向。

隨著納米（mǐ）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（xiǎn）著。但該技（jì）術還（hái）存在許多不完善的地方，尚有許多工作要做，如：複雜的模具型腔表麵塗（tú）層（céng）不均勻、沉（chén）積參數不（bú）明確、針對模具零件表麵強化機理未明等問題（tí）。

3、結論

模具工（gōng）作零件表麵強化技術可（kě）以在一定程度上彌補目前模（mó）具材料的（de）一些不足，並（bìng）已顯現（xiàn）出極強的（de）發（fā）展潛力，但就目前（qián）的模具零件表麵強化技術而言，仍存在一（yī）些不足（zú），其（qí）應用也受到一（yī）定限（xiàn）製，隻要注重研究開發，一定會加快和完善（shàn）表麵強化技術在模具（jù）製（zhì）造過程中的應用。

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