模具製造中的表麵強化技術是指模具工作零件表麵經預（yù）處理後，通過單一或複合表麵技術處理，使模具工作零件獲得（dé）所需表麵或綜合性能的專業強（qiáng）化技術。該技術的功能性、環保性和增效（xiào）性等優（yōu）勢在模具製造成本、模具質量（liàng）和模具壽命等方麵起著尤為重要的作用。在生產中，綜合考（kǎo）慮該技術的特（tè）點、模具工作條件和生產的（de）經濟性等因素，選（xuǎn）擇眾因素的最佳（jiā）匹配（pèi）點，可（kě）顯（xiǎn）著（zhe）改善模（mó）具壽命、質量，獲取突出的經濟效益。

1、表麵強（qiáng）化技術在模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）的模具（jù）表麵強化技（jì）術，該工藝主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零件，可達到“外硬內韌”的效果，即工作零件表麵獲得硬度、

耐磨（mó）性、疲勞強（qiáng）度等性能的提升，而心（xīn）部仍（réng）保持原來的（de）塑（sù）韌性、強度，符合（hé）對模具工作零件使用性（xìng）能的要求。具有滲速快、滲層（céng）深、成（chéng）本低，且滲層和基體零件之間具有較完美的結合性（xìng）能，

結合層之間實現平穩過渡。但操作溫度較高（900～950℃），尤（yóu）其是離子（zǐ）滲碳溫度（dù）可達1100℃，且滲碳後（hòu）還需進行相應的熱處理，從而導致模具變形的可能（néng）性加大，因此高精度塑料模具不建議采用該項技術。

氣體滲碳溫度一般為920～950℃，經王榮濱試驗綜合評定（dìng）：滲碳層表麵最合理的（de）含碳量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層（céng）由（yóu）外向內碳質量分數梯度應均勻平緩，淬火組織中不（bú）允許有粗條狀馬氏體（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，影響模具質量和壽命，在後續加工（gōng）過程中易出現應力集中，產生（shēng）龜裂等現象。

離子滲碳溫度一般為900～960℃，與氣體滲碳（tàn）比較，離子滲碳具有效率（lǜ）高（gāo）、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（jù）表（biǎo）麵強化加工中應用。

1.2 火焰表麵熱噴塗技術

熱（rè）噴塗技術是一種發展極為迅速的表麵強（qiáng）化新（xīn）技術，它是利用熱源（電弧、離子弧（hú）、火焰等）將噴塗材料加熱（rè）到熔融或半熔融狀（zhuàng）態，並使其霧化，以一定的（de）速度噴（pēn）向經過預處理（lǐ）的基體表麵，依靠物理變化和化學（xué）變化，與基體結合的工藝方（fāng）法，此結合層（céng），能提高模（mó）具零件的耐磨、耐蝕（shí）、耐（nài）熱等性能，且操作簡便，成本（běn）較低。近年來，該項技術在模（mó）具表麵強化中（zhōng）的應用（yòng）得到進一步（bù）發展和完善，廣州有色金屬（shǔ）研究（jiū）院（yuàn）采用超音速噴塗硬質（zhì）合金工藝，使Cr12不鏽鋼拉深

模的壽（shòu）命（mìng）提高（gāo）了3～10倍。同時該技術應（yīng）用在模具修（xiū）複中也取（qǔ）得較大進步（bù），如華中科技大學材料（liào）成形（xíng）與模具技術（shù）國（guó）家重點實驗室的張祥林等采（cǎi）用超音速火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具（jù）鋼表（biǎo）麵製備了（le）納米（mǐ）結構的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗層平均剪切強度達150.8MPa，塗層的結合強度大（dà）於80 MPa，塗層硬度高於1000HV。運用HVOF技術對冷擠（jǐ）壓模修複（fù）後，完全（quán）能滿足企業（yè）的使用要求。

1.3 複合表麵電鍍（dù）技（jì）術

電鍍技術是一種用電化學（xué）方法在基體表麵沉積（jī）金屬或金屬化處（chù）理的技術。電鍍硬鉻和硬鎳是我國塑料模具表麵處理的傳（chuán）統技術。該技術在近室溫下進行，模具性能幾乎不受影響（xiǎng），也不（bú）會出現嚴重變形（xíng），

同時電鍍（dù）層的表麵（miàn）粗（cū）糙度較低，硬度升高為800HV。但仍存在（zài）諸多問題，如：耐蝕性（xìng）不高，溝槽、深孔（kǒng）無法處理，使其在模具強化中的應用受到一定限製（zhì），目前隻可用於強化普通塑（sù）料模具的耐磨性，不適（shì）用於形狀複雜且耐蝕性要求高的塑料模（mó）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（fù）合電刷鍍可強化模具型（xíng）腔表麵，也（yě）可用於修複模具型腔表麵。研（yán）究發現，在模具型腔（qiāng）表麵刷鍍（dù）非晶態鍍層（0.01～0.02mm），可延長壽命0.5～1.0倍。複合鍍層中可加入微粒（lì）的品種較多，且參數調整範圍較寬，可操作（zuò）性強（qiáng），充分體現（xiàn）出鍍層的多樣性（xìng）和綜合性。大連理工大學的於同敏、劉（liú）貴昌等將Ni－P－PTFE複（fù）合鍍（dù）用於UPVC管件模具表麵（miàn）強（qiáng）化，解決UPVC材料對模具表麵的（de）腐蝕有明顯效（xiào）果，達到模具成型表麵耐磨耐（nài）腐蝕等（děng）綜合性能要（yào）求，但其（qí）硬度稍低。為此（cǐ）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）玻璃纖維增強的塑料成型模具中，實（shí）踐表明可使其壽命提高10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍（dù）膜技術

鍍膜技術也就是氣（qì）相（xiàng）沉（chén）積技術，是（shì）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（xíng）成超硬鍍（dù）膜，使模具工作零（líng）件具有優異性能。工業中使用頻（pín）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（mó）材料汽化後在基體表麵沉（chén）積成覆蓋層的實用技（jì）術。該技術在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（yòng）前景（jǐng）的新技術，並逐漸向（xiàng）環保型、清潔型趨勢發展，主（zhǔ）要用於製（zhì）造精度較高的冷作模具。江西省科學

院應用物理研（yán）究所的（de）彭文屹、張德元采用多弧離子鍍（dù）膜法對20根經TiN塗層處理的冷擠壓凸模進行實際使用壽命試驗，發現其（qí）壽命提高1.5倍以上；廣州有色金屬（shǔ）研（yán）究院的林鬆盛、代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（yán）究，指出該技術（shù）能明顯提高模具的使用壽命和工件加工質量。但（dàn）是PVD法也（yě）存在著諸（zhū）如繞鍍性差等缺點，對形狀複雜的模具零件表麵進行處理（lǐ）存在一定限製。

化學氣（qì）相沉積（CVD）是（shì）在（zài）900～2000℃範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成覆蓋層的實用技術。該技術沉積溫度（dù）高、塗層結合牢固，對模具零件表麵形狀（zhuàng）幾（jǐ）乎（hū）沒有要求，諸如形狀複雜或帶有槽溝及小（xiǎo）孔的零（líng）件均（jun1）可進行均勻塗覆，彌補（bǔ）了物（wù）理氣相沉積的相關缺陷，例如在模具表麵強（qiáng）化中經（jīng）常（cháng）使用的TiC塗層硬度高，耐磨性好，摩擦（cā）因數小（xiǎo），減（jiǎn）摩（mó）性好，抗咬合性強，大幅度提高模具的使（shǐ）用壽命。但CVD法存在處理溫度高，仍需進行淬（cuì）火處理，會導致較大變形等（děng）缺陷，因此在高精度模具的製造（zào）中此技術的（de）使用（yòng）受到一定限製。

等離子增強化學氣相沉（chén）積（PCVD）是利用（yòng）輝光放電增（zēng）強（qiáng）反應（yīng）物（wù）化學活性，促進氣相間的化學反應，在低溫下沉積出優質鍍層（céng）的實（shí）用技（jì）術，是介於CVD和PVD之間的一種處理方法。用PCVD法將塗層鍍覆在模具工作零件表麵，經（jīng）實踐證明，經濟效益（yì）非常可觀。重慶工（gōng）學院的（de）張葉成、張津（jīn）對PCVD技術在模具強化中的應用進行研究，發現利（lì）用PCVD技術在W18Cr4V冷（lěng）擠壓模（mó）具上（shàng）沉積一層TiC，比無（wú）沉積膜（mó）層的模具壽（shòu）命提高10倍以上；將PCVD法用於塑料製（zhì）品模具上可提高模（mó）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（shí）驗室，自行設計製造了試驗設備和輔（fǔ）助配（pèi）套設施，並及時得到了自（zì）然科學基金的資助。項目組研製了基於PCVD複合滲鍍法的模具表麵強化技（jì）術，具有工藝溫度低、均鍍性好（hǎo）和鍍層結合力高等優點，適用於所有高溫（wēn）回火模具（jù）和部分低溫回火模具的製備，是目前唯一一種既適用於刀具強化（huà）又適用於形狀複

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

並且應用前景非常（cháng）廣（guǎng）闊。

1.5 高能束流（liú）強化技術

高能束流強化技術具有非接觸、精確可控、材料（liào）適應性廣、柔性強、質量優、資源節約和環境友好等綜（zōng）合優勢，既可用於大批量高效自動化生產，又適用於（yú）多品種、小批量加工，甚至個性化產品的訂製，是（shì）模具製造業中不可缺少的重要技術。其中，離子注入技術以其（qí）幾（jǐ）乎完美的強化效果在冷作模（mó）具、熱作（zuò）模具和塑（sù）料模具等領域中（zhōng）得到廣泛應用，其平均（jun1）壽命一般可提高2～10倍（bèi）。有重大應（yīng）用價值。

2、表麵強化技術（shù）在模具製造中的應用前景展望

根據研究，稀土（tǔ）元素（sù）可以強化表（biǎo）麵，提高滲速，淨化穩定晶界，同時改善（shàn）模具（jù）零（líng）件表麵組織、物理化學性能和機械加工性能。把稀（xī）土元素應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鍍層中加（jiā）入稀土，可使模具型腔麵（miàn）的耐磨壽命延（yán）長近5倍。除此之外，稀土元素在（zài）化學沉（chén）積、電沉積、噴塗和激光塗覆等方麵都具有明顯的改善作（zuò）用，但效果尚不（bú）十分穩定，可見稀土（tǔ）元素應用於模具製造將是今後研究的重要方向。

隨著納米（mǐ）技（jì）術（shù）的飛速發展，其在提高模具的生產率和壽命方麵效果顯著。但（dàn）該技術還存在許多不完善的地方，尚有（yǒu）許多（duō）工作要做，如：複雜的模具（jù）型腔表麵塗層不均勻、沉積參數不明確、針對模具（jù）零件表麵（miàn）強化機（jī）理未明等問（wèn）題。

3、結論

模（mó）具工作零件表麵強化技術可以在一定程（chéng）度上彌補目前模具材料的一些不足（zú），並已顯現出極強的發展潛力，但就（jiù）目前的模具零件（jiàn）表麵強化技術而言，仍存在一些不足，其應（yīng）用也（yě）受到一定限製，隻要（yào）注重研究開發（fā），一定會加（jiā）快和完善（shàn）表麵強化技術在模具製造過程（chéng）中的應用。

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