模具製造中的表麵強化技術是指模具工作零件表麵經預處理後，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（néng）的專業強化技術。該技術的功（gōng）能性、環保性和增效性等優（yōu）勢在模具製造成本、模具質量和（hé）模具壽命等方麵起著尤為（wéi）重要（yào）的作用（yòng）。在生產中，綜合考慮該技術的特點、模具工作條件和（hé）生產的經濟性等因素，選擇眾因素的最佳匹配點，可顯著改善模具壽命、質量，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（xiàn）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）的模具表麵強化技術，該工藝主要針對塑料模具型腔的（de）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（guǒ），即工作零件表麵獲得硬度、

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

結合（hé）層之間實現平穩過（guò）渡。但操作溫度較高（900～950℃），尤其是離子滲碳溫度可達1100℃，且滲碳後還需進行相應的熱處理，從（cóng）而導致模（mó）具變形的可能性加大，因此高精度塑料模具不建議采用該項技術。

氣（qì）體滲（shèn）碳溫度（dù）一般為920～950℃，經王榮濱試（shì）驗（yàn）綜合（hé）評定：滲碳層表麵（miàn）最合理（lǐ）的含碳量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向內碳質量分數梯度應均勻（yún）平緩（huǎn），淬火組織（zhī）中不允許有粗條狀馬氏體（tǐ），過多殘奧，網狀碳化物和黑（hēi）色屈氏（shì）體。過高的碳質（zhì）量分（fèn）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（xiǎng）模具質量和壽命，在後（hòu）續加工過程中易出現應力集中，產生龜裂等現象（xiàng）。

離（lí）子（zǐ）滲碳溫度一般為900～960℃，與氣體滲碳比較，離子滲碳具有效率（lǜ）高、變形小、汙（wū）染小、可處理任何形（xíng）狀的模具零件表麵等優點，更適合在（zài）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

熱（rè）噴塗技術是一種發展極為迅速的表麵（miàn）強化新技術，它是利用（yòng）熱（rè）源（電弧、離子弧、火焰等）將噴塗材（cái）料加熱到熔融或半熔融狀態，並使其霧化，以一定（dìng）的速度噴向經過預處理的（de）基體表麵，依靠物理變化和化學變化（huà），與基體結合的工藝方法，此結（jié）合層，能提高模具零件的耐磨、耐蝕、耐（nài）熱等性能（néng），且操作簡便，成本較低（dī）。近年來，該項技術在模具表麵強（qiáng）化中的應（yīng）用得到進一步發展（zhǎn）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（yì），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（huá）中科技大學材料成形與模具技術國（guó）家（jiā）重點實驗室的（de）張祥林等采用超音速火焰噴塗（tú）（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納米結構的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗（tú）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（duì）冷擠壓模修複後，完全能滿足企（qǐ）業的使用要求。

1.3 複合（hé）表麵電鍍技術

電鍍技（jì）術是一種用（yòng）電化（huà）學方法在基體表（biǎo）麵沉積金（jīn）屬或金屬化處理的技（jì）術。電鍍硬鉻和硬鎳是我國（guó）塑料模具表（biǎo）麵處理的傳（chuán）統（tǒng）技術。該技術在（zài）近（jìn）室溫下進行，模具性能幾乎不（bú）受（shòu）影響，也（yě）不會出（chū）現嚴重變形，

同時電鍍層的表麵（miàn）粗糙度較低，硬度升高為（wéi）800HV。但仍存在諸多問題，如：耐蝕性不（bú）高，溝槽、深孔無法處理，使其在模具強化中的應用受到一定限製，目前隻可（kě）用於強化普通塑料模（mó）具的耐（nài）磨（mó）性，不適用於形狀複（fù）雜（zá）且耐蝕性要求高的塑料模（mó）具。

目前，複合鍍是模具行業中（zhōng）鍍層技術應用最有活力的領域。複合電刷鍍可強化模具型腔表麵，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。複合鍍層中可加入微（wēi）粒的品種較多，且參數調整範圍較寬，可操作性（xìng）強，充分（fèn）體現出鍍（dù）層的多樣性和綜合性。大連（lián）理工大學的於同敏、劉（liú）貴昌等將（jiāng）Ni－P－PTFE複合鍍用於（yú）UPVC管件模具表麵強化（huà），解決UPVC材料（liào）對（duì）模具表麵的腐蝕有明（míng）顯效果，達到模具成型表麵耐磨耐腐蝕等綜合性能要（yào）求，但其硬度稍低。為此哈爾濱工業大學（xué）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（de）塑料（liào）成型模具中（zhōng），實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（jiù）是氣相沉積技術，是將具（jù）有特殊性能的穩定化合物沉積於模具工作零件表（biǎo）麵，形（xíng）成超硬（yìng）鍍膜，使模具工作（zuò）零件具有優異性能（néng）。工（gōng）業中使用頻率較高的穩定化（huà）合物主（zhǔ）要有TiC、TiN、SiN等。

物（wù）理氣相沉積（PVD）是用物理方法使鍍膜材料汽化後在基體表（biǎo）麵沉積成覆（fù）蓋層的實用技術。該技術在20世紀初開始應用，在最（zuì）近30年發展迅速（sù），成（chéng）為了一（yī）門具有廣闊應用前景的新技（jì）術，並逐漸向環保（bǎo）型、清潔型趨勢發展，主（zhǔ）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（jiū）所的彭文屹、張德元采用（yòng）多弧離子鍍膜法對20根經（jīng）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（mìng）提高（gāo）1.5倍以上；廣（guǎng）州有色金屬研究院的林鬆盛、代明江對物理氣相沉積硬質薄膜在工（gōng）模具上的應用（yòng）進行了詳細研（yán）究，指（zhǐ）出（chū）該技術能明顯（xiǎn）提高模具的使用壽命和工件加工質量。但是PVD法也存（cún）在著（zhe）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。

化學氣相沉積（jī）（CVD）是在900～2000℃範圍內用化（huà）學方法使（shǐ）氣（qì）體在基（jī）體材（cái）料表麵發生化學反應並（bìng）形成覆蓋層的實用（yòng）技術。該技術沉積溫度高、塗（tú）層（céng）結合牢固，對模具（jù）零件表麵形狀幾乎沒有要求，諸如形（xíng）狀複（fù）雜或帶（dài）有槽溝（gōu）及小孔的零件均可進行均勻塗（tú）覆，彌補了物理（lǐ）氣相沉積的相關缺陷，例如在模具表麵強化（huà）中經常使用的（de）TiC塗層硬度高，耐磨性（xìng）好，摩擦因數小，減摩性好（hǎo），抗咬合性強，大幅度提高模具（jù）的使用壽（shòu）命。但CVD法存在處（chù）理溫度高，仍需進行淬火處理，會導致較大變形等缺陷，因此在高精度模具的製造中此技術的（de）使用受到（dào）一定限製。

等（děng）離子（zǐ）增強化學氣相沉（chén）積（PCVD）是利用輝光放電增強反應物化學（xué）活（huó）性，促進氣相間的化學反應，在低溫下沉積出（chū）優質鍍層的實用技術，是介於CVD和PVD之間的一種處理方法。用PCVD法將塗層鍍覆在（zài）模具工作零件表麵，經實踐（jiàn）證明，經濟效益非常可（kě）觀。重（chóng）慶（qìng）工學院的（de）張葉成、張津對PCVD技術在模具強化中的應用進行研究（jiū），發現利用（yòng）PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模（mó）具上（shàng）沉（chén）積一層TiC，比無沉積膜層的（de）模（mó）具壽命（mìng）提高10倍以上；將PCVD法用（yòng）於塑料製品模具上可提高模具（jù）壽命1～4倍。北京航空航天大學的（de）陶冶教授籌建了PCVD表（biǎo）麵（miàn）強化技（jì）術研究實驗室，自（zì）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。項目組研製（zhì）了基於PCVD複（fù）合滲鍍法的模具表麵強化技術，具有工（gōng）藝溫度低、均鍍性好和鍍層結合力高等優點（diǎn），適用於所有（yǒu）高溫（wēn）回火模具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又適用於形狀複

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

並且應用前景非常廣闊。

1.5 高能束流強化技術

高能（néng）束流強化技術具有非接觸（chù）、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（hé）優勢，既可用於大（dà）批量高效自動化生（shēng）產，又適用於多（duō）品種、小批量加工，甚至個性化產品的訂製，是模具製造業中不可缺少的重要技術。其中，離子注入技術以其幾乎完美的強化（huà）效果在冷作模具、熱作模具（jù）和塑（sù）料模（mó）具（jù）等領域中得到廣泛（fàn）應用，其平均壽命一般（bān）可提高2～10倍。有重大（dà）應（yīng）用價值（zhí）。

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（kě）以強化表麵，提高滲（shèn）速，淨化（huà）穩定晶界，同時改善模具零件表麵組織（zhī）、物理（lǐ）化學（xué）性能和機械加工性能。把稀土元素應用在複（fù）合表麵強（qiáng）化技術過程中，可（kě）獲得更加明顯（xiǎn）的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加入稀土，可使模具型腔（qiāng）麵的耐磨壽命延長近5倍。除此之外，稀（xī）土元素在化學沉積、電沉（chén）積、噴塗和（hé）激光塗覆等方麵都具有明顯的改善作用，但效果（guǒ）尚不十（shí）分（fèn）穩定，可見稀（xī）土元素應用於模具製造將是今（jīn）後研究的重要方向。

隨著納米技術的飛速發展，其在（zài）提高模具的（de）生產率（lǜ）和壽命方（fāng）麵效果顯著。但該技術還存在許多不完（wán）善的地方，尚有許多工作要（yào）做，如：複雜（zá）的模具型腔表麵塗層不均勻、沉（chén）積參數（shù）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（dìng）程度上彌補目前模（mó）具材（cái）料的一些不足，並已顯現出極強（qiáng）的發展潛力，但（dàn）就目前的模具零件表麵強化技術而言，仍（réng）存在一（yī）些不足，其應用也受到（dào）一定限製，隻要注重研究開（kāi）發，一定會加快和完善表麵（miàn）強化技術在模具製造過（guò）程中的應用。

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文章關鍵詞：注塑模具工作（zuò）零件表麵強化技術應用研究