模具製造中的表麵強化技術是指模具工作（zuò）零件（jiàn）表麵經預（yù）處理後，通（tōng）過單一或複合表麵技術處理，使模具工作零件獲得所需表麵或綜合性能的專業強化技術。該技術的功（gōng）能性、環保性和（hé）增效性等優勢在模具製造成本、模（mó）具質量和模具壽命等方麵起（qǐ）著尤為重要的作用。在生產中，綜合考慮該技術的特點（diǎn）、模（mó）具工作（zuò）條（tiáo）件和生產的經濟性等因素，選擇眾因素的最佳匹（pǐ）配點，可顯著改（gǎi）善模具壽命、質（zhì）量，獲取突出的經濟效（xiào）益。

1、表麵（miàn）強化（huà）技術在模具製造中的應（yīng）用現狀

1.1 滲（shèn）碳表麵化學熱（rè）處理

滲碳工藝（yì）是一種較常使用（yòng）（80%以上）的模（mó）具表麵強化技術，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（jiàn），可達到“外硬（yìng）內韌”的效果（guǒ），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（qiáng）度，符合對模具工作零件使用性能的要求。具有滲（shèn）速快、滲層深、成本低，且滲層和基體零件之間具有較（jiào）完美的結合性（xìng）能，

結合層之間實現平穩過渡（dù）。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（jìn）行相應的熱處理，從而導致模具變形的可能性加大，因此高精度塑料模具不建議采（cǎi）用該（gāi）項技術。

氣體滲碳溫度一般為920～950℃，經王榮濱試驗綜合評定：滲碳層表麵最合理（lǐ）的（de）含碳量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外（wài）向內碳質量分數梯度應均勻平緩，淬火組織中不允許有粗條狀（zhuàng）馬氏（shì）體，過多（duō）殘奧，網狀碳化物和黑色屈（qū）氏體。過高的（de）碳質量分數易使模具零（líng）件組織中出現網（wǎng）狀碳化物等惡性組織，影響模（mó）具質量和壽命，在後續加工過程中易出（chū）現應力集中，產生龜裂（liè）等現（xiàn）象。

離子滲碳溫度一般（bān）為900～960℃，與氣體滲碳比較，離子滲碳具（jù）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（yōu）點，更適合在塑料模具和衝壓模具表（biǎo）麵強（qiáng）化加（jiā）工中應用。

1.2 火（huǒ）焰表麵熱（rè）噴塗技術

熱噴塗技術是（shì）一種發展極為迅速的表麵強化新技術，它是利用熱源（電弧、離子弧、火焰等）將噴塗材（cái）料加熱（rè）到熔融或半熔融狀態，並使其霧化，以一（yī）定的速度噴向經過預處理的基體表麵，依（yī）靠物理變化（huà）和化學變化，與基體結合的工藝方（fāng）法（fǎ），此結合層，能提高模具（jù）零件的（de）耐磨、耐蝕、耐熱等性能，且操作（zuò）簡便，成本較低。近年來，該（gāi）項技術在模具表麵強化中的應（yīng）用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（tú）硬質合金工藝，使Cr12不鏽鋼拉（lā）深

模的壽命提高了3～10倍（bèi）。同時（shí）該技術應用在模具修（xiū）複中也取得（dé）較大進步，如華中科技大學材料成形與（yǔ）模具技術國家重點實驗室的張祥林等采用超音速火（huǒ）焰噴（pēn）塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納（nà）米結構的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗層平均剪切（qiē）強度達150.8MPa，塗層（céng）的結合強度（dù）大於80 MPa，塗層硬度高於1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓模修複後，完全能滿足企業的使用（yòng）要求。

1.3 複合表麵（miàn）電（diàn）鍍技術

電鍍技術（shù）是一（yī）種用電化學方法在（zài）基體表麵沉積（jī）金屬或金屬化處理的技術。電鍍硬鉻和硬鎳是我國塑料（liào）模具表麵處理的傳統技術。該技術在近室溫（wēn）下進行（háng），模具性能幾乎不受影響，也不會出現嚴重變形，

同時電鍍層的表麵粗（cū）糙度較低，硬度升高為800HV。但仍存在諸多問題，如：耐蝕性不高（gāo），溝槽（cáo）、深孔（kǒng）無法處（chù）理，使其在模具強化中的應（yīng）用（yòng）受到一定限製，目前（qián）隻可（kě）用於強化普通（tōng）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（háng）業中鍍層技術應用最有活力的領域（yù）。複合電刷鍍可（kě）強化模具型腔表麵，也可用於修複模具型腔表麵（miàn）。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。複合鍍層中可加入微粒的品種較多，且參數調整範圍（wéi）較寬，可操（cāo）作（zuò）性強，充分體（tǐ）現出鍍層的多樣性和綜（zōng）合性。大（dà）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，解決UPVC材料對模具表麵的腐蝕有明顯效果，達到模具成型（xíng）表麵耐磨耐（nài）腐蝕等綜（zōng）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的基礎上，將PTFE與SiC微粒複合，應用在玻璃纖維增強的塑料成型模具中，實踐表明可使其（qí）壽命提高10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍（dù）膜（mó）技（jì）術（shù）

鍍膜技術也就是氣相沉積技術，是（shì）將具有特殊性能的穩定化合物沉積於（yú）模（mó）具工作零件表麵，形成超硬鍍膜，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（huà）合物主要有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麵（miàn）沉（chén）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），成為了一門具有（yǒu）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高的冷作模具。江西省科學

院應用物理研究所的彭文屹、張德元采用多弧離子（zǐ）鍍膜法對20根經TiN塗層處理的冷擠壓（yā）凸模進行實際使用壽（shòu）命試驗，發（fā）現其壽命提高1.5倍以上；廣州有（yǒu）色金屬（shǔ）研究院的（de）林（lín）鬆盛（shèng）、代明江對物理氣相沉積硬質薄膜在工模具上的應用進行了詳細研（yán）究，指出該技術能明顯提（tí）高模具的使用壽命和工件（jiàn）加工質（zhì）量。但是PVD法也存在著（zhe）諸如繞鍍性差等缺點，對形狀複雜的模具零件表麵（miàn）進行處理存在一定限製。

化學氣相沉（chén）積（CVD）是（shì）在900～2000℃範圍內用化學方法使氣體在（zài）基體材料表麵發生（shēng）化學反（fǎn）應並形成覆蓋層的實（shí）用（yòng）技術。該技術沉積（jī）溫度高、塗層結合牢（láo）固，對（duì）模具零件表麵形狀幾乎沒有要求，諸如形狀複（fù）雜或帶有槽溝及小孔的零件均可（kě）進（jìn）行（háng）均勻塗（tú）覆，彌補了物理氣相沉積的（de）相關（guān）缺陷，例如在模具（jù）表麵強化中經常使用的TiC塗層硬（yìng）度高，耐（nài）磨性好（hǎo），摩擦因數小，減摩性好，抗咬合性強，大（dà）幅（fú）度提（tí）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（chù）理（lǐ），會導致較大變（biàn）形等缺（quē）陷（xiàn），因此在高精度模（mó）具的製造中此技術的使用受到一定限製。

等離子增強化學氣相沉（chén）積（PCVD）是利用輝光放電增強（qiáng）反應物化學活（huó）性，促進氣相間的化學反應，在低溫下（xià）沉積出（chū）優質鍍層的實用技術，是（shì）介於CVD和（hé）PVD之間的一種處理方（fāng）法。用（yòng）PCVD法將塗層鍍（dù）覆在模具工作零件表（biǎo）麵，經（jīng）實踐（jiàn）證明，經濟效（xiào）益非常可觀。重慶工學院的張葉成、張（zhāng）津（jīn）對PCVD技術在模具強化中（zhōng）的應用進行研究（jiū），發現利用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（shòu）命提高10倍以上；將PCVD法用於塑料製品模具（jù）上可提高模具壽命1～4倍。北京航空航（háng）天大學的陶冶教授籌（chóu）建了PCVD表麵強化技術研究實驗（yàn）室，自行設計製造了試驗（yàn）設備和（hé）輔助配（pèi）套設施，並及時得到了自然科學基（jī）金的資（zī）助。項目組研製了（le）基於PCVD複合滲鍍法的模具表（biǎo）麵強化技術，具有工（gōng）藝溫度低、均（jun1）鍍性好和鍍層（céng）結合（hé）力（lì）高等（děng）優點，適（shì）用於所有（yǒu）高溫回火模具和部分低溫回火模具的（de）製備，是目（mù）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（huà）技術。由此可見，PCVD技術（shù）在模具（jù）零件強化領（lǐng）域（yù）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（qiáng）化（huà）技術

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（yōu）、資源節約和環境友好等綜合優勢（shì），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，是模具製造業中不可缺少的重要技術。其中，離子注入（rù）技術（shù）以其幾（jǐ）乎完（wán）美的（de）強化效果（guǒ）在冷作模具、熱作模（mó）具和塑料模具等領域中得到廣泛應用，其平均壽（shòu）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造（zào）中（zhōng）的應（yīng）用前景（jǐng）展望

根據研究（jiū），稀土元素可以強化表麵，提高滲速，淨化穩定晶界，同時改善模具零件表麵組織、物理化學性能和機械加工性能。把稀土元素應用在複合表麵強化技（jì）術過程中，可（kě）獲得更加（jiā）明顯的（de）效（xiào）果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加入稀土，可使模具型（xíng）腔（qiāng）麵的耐磨壽命延長近5倍。除此之外，稀土元（yuán）素（sù）在化學沉積、電沉積、噴塗和激光塗覆等方麵（miàn）都具有（yǒu）明顯的改善作用，但效（xiào）果尚不十分穩定，可見稀土元素應用於模（mó）具製造將是今後研究的重要方向。

隨著納米（mǐ）技術的飛速發展，其在提高模具的生產率和壽命方麵效果顯著。但該技（jì）術（shù）還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層不均勻、沉積（jī）參數不明確、針對模具零件表麵強化機理未明等問題。

3、結論

模具工（gōng）作零件表麵強化技術可以在一（yī）定程度上（shàng）彌補目前模具材料的一些不足，並已顯現出極強的發展潛（qián）力，但就（jiù）目前的模具零件表麵強化技術而言，仍存在一些（xiē）不足，其應用也（yě）受到一定限製，隻要注重研究開（kāi）發（fā），一定會加快和（hé）完善（shàn）表麵強化技術在模具製造（zào）過程中（zhōng）的應用。

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