模具製造中的表麵強化技（jì）術是指模具工作零件表麵經預處理（lǐ）後，通過單一或複合表麵技術處理，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（shù）。該技術的功能（néng）性、環保性和增效性等優勢在模具（jù）製造成本、模具質量（liàng）和模具壽命等方麵起著尤（yóu）為重要的作用。在生產中（zhōng），綜合考慮該技術（shù）的特點、模具（jù）工作條件（jiàn）和生產的經濟性等因素，選擇眾因素的最佳匹配點，可（kě）顯著改善模具壽（shòu）命、質量，獲取突出的經濟效益。

1、表麵強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（shèn）碳工藝是一種較常使用（80%以上（shàng））的模具表麵強化技（jì）術，該工藝主要針對（duì）塑（sù）料模具型腔的表麵強化（huà）。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（miàn）獲得硬度、

耐磨性（xìng）、疲勞強度等性（xìng）能的提升（shēng），而（ér）心部仍保（bǎo）持原來的塑（sù）韌性、強度（dù），符合對模具工作零件使用性（xìng）能的要求。具（jù）有（yǒu）滲（shèn）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）結合性能，

結合層之間實現平穩過渡（dù）。但操作溫度較高（900～950℃），尤其（qí）是離子滲（shèn）碳溫（wēn）度可（kě）達1100℃，且滲碳後還需進行相應的熱（rè）處（chù）理，從而導致（zhì）模具變（biàn）形的可能性加大，因此高精度塑料（liào）模（mó）具不建（jiàn）議采用該項技術。

氣體（tǐ）滲碳溫度一般為920～950℃，經王榮濱試驗綜合評定：滲碳層表麵最合理的含碳（tàn）量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向內碳質量分數梯度（dù）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（tàn）質量分數易使（shǐ）模（mó）具零件組（zǔ）織中出（chū）現網狀碳化物等惡性組織，影響模（mó）具質量和（hé）壽命，在後續加工（gōng）過程中易出現應力集中，產生（shēng）龜裂等（děng）現象。

離子（zǐ）滲碳溫（wēn）度一般為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（mó）具零件表麵等優點（diǎn），更適合在塑料模具和衝壓模具表麵強化加工（gōng）中應用。

1.2 火焰表麵熱噴塗技術

熱噴塗技術是一種發（fā）展極（jí）為迅速（sù）的表麵強化新技術，它是利（lì）用熱源（電弧、離子（zǐ）弧（hú）、火焰（yàn）等）將（jiāng）噴（pēn）塗材料加熱到熔融（róng）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基體表麵，依靠（kào）物理變化和化學變化，與基體結合的工藝方法，此（cǐ）結合層，能提高模具零件的耐（nài）磨、耐蝕、耐熱等性能，且操作（zuò）簡便，成本較低。近年來，該項技術在模具表麵強化（huà）中的應用（yòng）得到進一步發展和完善，廣州有色金屬研究院采用超音速噴塗硬質合金工藝（yì），使Cr12不鏽鋼拉深

模的（de）壽命提高（gāo）了3～10倍。同時該技術應用在模具修複中也取得較（jiào）大進步，如華（huá）中科技大學材（cái）料成形與模具技術國家重點實（shí）驗室（shì）的張祥林等采用超音速火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵（miàn）製備了納米結構的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗層平均剪（jiǎn）切強度達150.8MPa，塗層的結合強度大於80 MPa，塗層硬度高（gāo）於1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓（yā）模修複後，完全能滿（mǎn）足企業的使用要求。

1.3 複合表麵電鍍技術

電鍍技（jì）術是一種（zhǒng）用電化學方法在基體表麵沉積金（jīn）屬或金屬化處（chù）理的技術。電鍍硬鉻（gè）和硬鎳是我國塑料（liào）模具表麵處理的（de）傳統（tǒng）技術。該技術在近室溫下進行，模具性能幾乎不受影響，也不會出現嚴重變形（xíng），

同時電鍍層的表麵粗糙度較低，硬度升高為800HV。但仍存在諸多問題，如：耐蝕性不高，溝槽、深孔無法處理，使其（qí）在模具（jù）強化中（zhōng）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，不適用於形狀複雜且耐蝕性要求高的塑料模具。

目前（qián），複合鍍是模（mó）具行業（yè）中鍍層技術應用最有活力的（de）領域。複合電刷（shuā）鍍可強化模具型腔（qiāng）表麵，也可用於修複模具型腔表麵。研究發現，在模具型腔表麵刷鍍（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的品（pǐn）種較多，且參數調整範圍較寬，可操作性強，充分體（tǐ）現出（chū）鍍層的多樣性和綜合性。大連理工大學的於同敏、劉貴昌等將Ni－P－PTFE複合鍍用於UPVC管件模具表麵強化，解（jiě）決UPVC材料對（duì）模具表（biǎo）麵的腐蝕有明顯效果，達到模（mó）具成型表麵耐磨耐腐蝕等綜合性能要求（qiú），但其（qí）硬度稍低。為此哈爾濱工業（yè）大學的範會玉在Ni－P的基（jī）礎（chǔ）上（shàng），將PTFE與SiC微粒複合，應用在玻璃纖維增（zēng）強的塑料成型模具中，實踐表明可使（shǐ）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化（huà）合物沉積於模具工作零件表麵，形成超硬鍍膜，使模具工（gōng）作零件具有（yǒu）優異性能。工業中使用（yòng）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（fǎ）使鍍膜材料汽化後在基體（tǐ）表麵沉積成覆蓋層的實用技術。該技術在20世紀初開始應用，在最近30年發展迅速（sù），成（chéng）為了一門具有廣闊應用前景的新技術，並逐漸向環保型、清潔型趨勢發展，主要用於製造精度較（jiào）高的冷作模（mó）具。江西省科（kē）學

院應用物理研究所的彭文屹、張德元采用多弧離子鍍膜法對20根經TiN塗層處理的冷擠壓凸模進行實際使用壽命試驗，發現其壽命提高1.5倍以上；廣州有色（sè）金屬研（yán）究院的林鬆盛、代明江對物理氣相沉積（jī）硬質薄（báo）膜（mó）在工模具上的應用進行了詳細研究，指出該技術能明顯提高模具（jù）的使用壽命和（hé）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（cún）在一定限製。

化學氣相沉積（jī）（CVD）是在900～2000℃範圍內（nèi）用化學方法使氣體在基體材料（liào）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（dù）高、塗層結合牢固，對模（mó）具（jù）零（líng）件表麵形狀幾乎沒有要求，諸如形狀（zhuàng）複雜或帶有（yǒu）槽溝及小孔的零件均可進行均勻塗覆，彌補了物理氣相沉積（jī）的相關缺陷，例如在模具表麵強化中經常使用的TiC塗層硬度高，耐磨性好，摩擦因數小，減摩性好，抗咬合性強，大幅度提高模具（jù）的使用壽命。但CVD法存在處理溫度高，仍需進行淬火處理，會導致較大變形等缺陷，因此在高精度模具的製造中此（cǐ）技術的使用受到一定限製。

等（děng）離子增（zēng）強化學氣相（xiàng）沉積（PCVD）是利用輝光放電增強反應物（wù）化學活性，促進氣相間的化學反（fǎn）應，在低溫下沉（chén）積出優質鍍（dù）層的實用（yòng）技術，是介（jiè）於CVD和PVD之間的一種處理方法。用PCVD法將塗（tú）層鍍覆在模具工作零件表麵，經（jīng）實（shí）踐證（zhèng）明，經濟（jì）效益非常可（kě）觀。重慶工學院的張葉成、張津對PCVD技術在模具強（qiáng）化中的應用進（jìn）行研究，發現利用（yòng）PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模具上沉積一層TiC，比無沉積膜層的模具（jù）壽命提高10倍以上；將PCVD法用（yòng）於塑料製（zhì）品模具上可提高（gāo）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（biǎo）麵強化技術研究實驗室，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基金的資助。項（xiàng）目組研（yán）製了基於PCVD複合滲鍍（dù）法的模具表麵強化技術，具有（yǒu）工藝溫度低、均（jun1）鍍性好和鍍層結合力高等優點，適（shì）用（yòng）於所有高（gāo）溫回火模具（jù）和部分（fèn）低溫回火模具的製（zhì）備，是（shì）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（jīng）有所成就，

並（bìng）且應用前景非常（cháng）廣闊。

1.5 高能（néng）束流強化技（jì）術

高能束流強化技術具有非接觸、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生產，又適（shì）用於多品種、小批量加工，甚至個性化產品的訂製，是模具製造業中（zhōng）不可缺少的重（chóng）要技術。其中，離子注入技術以其（qí）幾乎完美（měi）的強化（huà）效果在冷作模具、熱作模具（jù）和塑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（yǒu）重大應用價值。

2、表麵強化技術在（zài）模具製造中的應用前景（jǐng）展（zhǎn）望

根據研究，稀土元素可以強化表麵，提高（gāo）滲速，淨（jìng）化穩定晶界，同時改善模具零（líng）件表麵組織、物理化學性能和機械加（jiā）工性能。把稀土（tǔ）元素應用在複合表麵強化技術過程（chéng）中，可獲得更加明顯的（de）效果。如在（zài）Ni－Cu－P－MoS2鍍層（céng）中加入稀土，可使模具型腔麵的耐磨壽命延（yán）長近5倍。除此之外，稀土元素在化學沉積、電沉積、噴塗和激光塗覆（fù）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（tǔ）元素應用於模具製造將是今後研究的重要方向（xiàng）。

隨著納米技術的飛速（sù）發展，其在提高模具的生產率（lǜ）和壽命方麵效果顯著。但該技術還存在許多不完善的地方，尚有許多工作（zuò）要做，如：複雜的模具型腔表麵（miàn）塗層不均勻、沉積參（cān）數不明確（què）、針對模具零（líng）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彌補目前模具材料的一些不足，並已顯現出極強的發（fā）展潛力，但就目（mù）前的模具零件表麵強化技術而言，仍存在一些不足（zú），其應用也受到一定限製，隻要注重（chóng）研究開發，一定會加（jiā）快和（hé）完善表麵強化技術（shù）在模具製造過程中的應用。

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