模具製造（zào）中的（de）表麵強化技術是指模具工作零件表麵（miàn）經預處理後，通過單一或複合表麵技術（shù）處理，使模具工作零（líng）件（jiàn）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（xìng）和增效性等優勢在（zài）模具製造成本、模具質量和模具（jù）壽命等（děng）方麵起著尤為重要的作用。在（zài）生產中，綜合（hé）考慮該技術的（de）特點、模具工作條件和生產的經濟性等因素，選擇眾因素（sù）的最佳匹配點（diǎn），可（kě）顯著改（gǎi）善（shàn）模具壽命、質量（liàng），獲取（qǔ）突出的經濟效益。

1、表（biǎo）麵強化（huà）技術在（zài）模具（jù）製造中的應用現狀

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）的模具表麵強化技術，該工（gōng）藝（yì）主要針對塑料模具型腔（qiāng）的表（biǎo）麵強化。經滲碳處理後的（de）模具（jù）工（gōng）作零件，可達到（dào）“外（wài）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（tí）升，而心部仍保持原來的塑韌性、強度，符合對模具工（gōng）作零件使用（yòng）性能的要求。具有滲速快（kuài）、滲層深（shēn）、成本低，且滲層和基體零件之間具有較完美的結合性能，

結合層（céng）之間實現（xiàn）平（píng）穩過渡。但（dàn）操作溫度較高（900～950℃），尤其是離子滲碳（tàn）溫度（dù）可達1100℃，且滲碳後還需進行（háng）相應的熱處理，從而導致（zhì）模具變形的可（kě）能性加大（dà），因此高精度塑料模具不（bú）建議采用該項技術。

氣（qì）體滲碳溫度一般為920～950℃，經王榮濱試驗綜合評定：滲碳（tàn）層表麵最合理的含碳量為（wéi）ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲（shèn）層由外向內碳質量分數梯（tī）度應均勻平緩，淬火組織中不允（yǔn）許（xǔ）有粗條狀馬（mǎ）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具零件組（zǔ）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（xù）加工過（guò）程中易出現應力集中，產生龜裂等現象。

離子滲碳溫（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（rèn）何形狀的模具零件表麵等優（yōu）點，更適合（hé）在塑料模（mó）具和（hé）衝壓模具表麵強化加工中應用。

1.2 火焰表麵熱噴（pēn）塗技術（shù）

熱噴塗技術是一種（zhǒng）發展極為（wéi）迅（xùn）速的表麵強化新技術，它是利用熱源（電弧、離子弧、火焰（yàn）等（děng））將噴塗材（cái）料加熱到熔融或（huò）半熔融狀態，並使其霧化，以一定的速度噴向經過預處理（lǐ）的（de）基體表麵，依靠物理變化和化學變化，與基體結合的工藝方（fāng）法，此結合層（céng），能提高模具零件的耐（nài）磨（mó）、耐蝕、耐熱等性能，且操作（zuò）簡便（biàn），成本較低。近年來，該項技術在模具表麵強化中的（de）應用得到進一步發展和完（wán）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。同時該技術應用（yòng）在模具修複中也取得較大進步，如華（huá）中科技大學（xué）材（cái）料成形與模具技術國家重點實驗（yàn）室的張祥林（lín）等采用超音速火（huǒ）焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵（miàn）製備了納米結構的WC12Co金（jīn）屬陶瓷（cí）塗層，測得（dé）塗層平均剪切強度達150.8MPa，塗（tú）層的結合強度大於80 MPa，塗（tú）層硬度高於1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓（yā）模修複後，完全能滿足企業的使用要求。

1.3 複合表麵電（diàn）鍍（dù）技術

電鍍技術是一種用電化學方法在基體表（biǎo）麵沉積金屬或金屬化處（chù）理的技術。電鍍硬鉻和硬鎳是我國（guó）塑（sù）料模具表麵處理的傳統技術。該技術在近室溫下進行，模具性能幾乎不受影響，也不會出（chū）現嚴重變形，

同時電鍍層的表麵（miàn）粗糙度較低，硬度（dù）升高為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（zài）模具強化中的應（yīng）用受（shòu）到一定（dìng）限製，目（mù）前隻可用於強化普通塑料模具（jù）的耐磨性，不適用於形狀複雜且（qiě）耐蝕性要求高的塑（sù）料模具（jù）。

目（mù）前，複合鍍（dù）是模具行業中鍍層技術（shù）應用最有活力的領（lǐng）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，在模具型腔表麵刷鍍非晶態（tài）鍍層（0.01～0.02mm），可延長壽命0.5～1.0倍。複合鍍（dù）層中可加入微粒的品種較多，且參數調整（zhěng）範圍較寬，可操作性強，充分體現（xiàn）出鍍層的多樣性和綜合性。大連理工大學的於同敏、劉（liú）貴昌等（děng）將Ni－P－PTFE複合鍍用於UPVC管件模具表麵強化，解決UPVC材（cái）料（liào）對模具（jù）表麵的腐蝕有明顯效（xiào）果，達到模具成型表麵耐磨耐腐蝕等（děng）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（yù）在Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微（wēi）粒複合，應用在玻璃纖維增強的塑（sù）料成型模具中，實踐表明可使其壽命提（tí）高（gāo）10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表（biǎo）麵鍍膜（mó）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合（hé）物沉積於模具工作零件表麵，形成超（chāo）硬鍍膜，使模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。

物理氣相沉積（PVD）是用物（wù）理方法使鍍膜材料汽（qì）化後在基體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（zhǎn）迅速，成為了一門具有廣闊應用前景的新技術，並逐漸（jiàn）向環（huán）保型、清潔型趨勢發展，主要（yào）用於製（zhì）造精度較高的冷作模具（jù）。江西省科學

院（yuàn）應用物理研究所（suǒ）的彭文屹、張德元采用（yòng）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（shí）際使用（yòng）壽命試驗，發現其壽命提高1.5倍（bèi）以上；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（zhì）薄膜（mó）在工模具上（shàng）的應用進行了詳（xiáng）細研究，指出該技術能明顯提高模（mó）具的使（shǐ）用壽命和工件加工（gōng）質量。但是（shì）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在一定限製。

化學氣相（xiàng）沉積（CVD）是在900～2000℃範（fàn）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（céng）的實用技術。該技術沉積溫度高、塗層（céng）結合牢固，對模具零件表麵形狀幾乎沒有（yǒu）要求，諸如形狀複雜或帶（dài）有槽溝及小孔的零件（jiàn）均可進行均勻（yún）塗覆，彌補了物理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TiC塗層硬度高，耐磨性好，摩擦因數小，減摩性好，抗咬合性強（qiáng），大幅度提高模具的（de）使用（yòng）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（quē）陷，因此在高精度模具的製造中（zhōng）此技（jì）術的使用受到一（yī）定限製。

等離子增強化（huà）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）反應（yīng），在低溫下沉積出優質鍍層的（de）實（shí）用技術，是介於（yú）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（jiàn）表麵（miàn），經實踐證明，經濟效（xiào）益（yì）非常可觀。重慶（qìng）工學院的張葉成、張津對PCVD技術在模具強化中的應用進行研究，發現利用PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模具上沉（chén）積一層TiC，比（bǐ）無（wú）沉積膜（mó）層的模具壽（shòu）命提高10倍以上；將PCVD法用於塑料製品模具（jù）上可提高（gāo）模具（jù）壽命1～4倍。北京航空航天大（dà）學的陶冶教授籌建了PCVD表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施，並及時得到了自然科（kē）學基金的資（zī）助。項目組研製了基於（yú）PCVD複合滲（shèn）鍍法的模具表麵強化技術，具有工藝溫度低、均（jun1）鍍性（xìng）好和鍍層結合力高等優點，適用於所有高溫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（yòu）適用於形狀複

雜的模具表麵強（qiáng）化的氣相沉積表麵強化技術。由此可見，PCVD技術在模（mó）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闊。

1.5 高能束流強化技術

高能束（shù）流（liú）強化技術具有非接觸、精確（què）可（kě）控、材料適應性廣、柔性強（qiáng）、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，又適用於多品種、小（xiǎo）批量加工，甚至個性化產品的訂製，是模（mó）具製造業中不可缺（quē）少的重要技術。其中，離子（zǐ）注入技術以其幾乎完美的（de）強化效果在冷作模具、熱作模具和塑料模具等領域中（zhōng）得到廣泛應用，其平（píng）均壽命一般可（kě）提高2～10倍。有重（chóng）大應用價值。

2、表麵強化技術在模具製造中的應（yīng）用前景展望

根據研究，稀土元素可以強化表麵，提高（gāo）滲速，淨化穩定晶界，同時改善（shàn）模具零件表麵組織、物理化學性能和機械（xiè）加工性能。把稀土元素應用在複（fù）合表麵強化技術過程中，可獲得更加（jiā）明顯的效果（guǒ）。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加入（rù）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（chén）積、噴塗和激光塗覆等方麵都具有（yǒu）明顯的改善作用，但效果尚不十分穩定（dìng），可見稀（xī）土元素應（yīng）用於模具製造將是今後研究的重要方向。

隨著納（nà）米（mǐ）技術的飛速發（fā）展，其在提高模具的生產率和壽命方麵效果（guǒ）顯著（zhe）。但該技術還存在許多不（bú）完善的地方，尚有（yǒu）許多（duō）工作要做（zuò），如：複雜的模具型腔表麵塗層不（bú）均勻、沉（chén）積參數不明確、針對模具零件表麵強化（huà）機理未明（míng）等問題。

3、結論

模具工作零（líng）件表麵強化技術可以在（zài）一定程（chéng）度上彌補目前模具材料的一些不足，並已顯現出極強的發展潛力，但就目前（qián）的模具零件表麵強（qiáng）化技術而言，仍（réng）存在一些不足，其（qí）應用也受到一定限製，隻要注重研究開發，一定會加快和完善表（biǎo）麵強（qiáng）化技術在（zài）模具製造過程中的應用（yòng）。

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