模具製造中的表麵強化技術是指（zhǐ）模具（jù）工作零件表麵經預（yù）處理後，通過（guò）單一（yī）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（xìng）能的專（zhuān）業強化技術。該技（jì）術的功能（néng）性、環保性和（hé）增效性等（děng）優勢在模具製造成本、模具質量和模具壽命等方麵起著（zhe）尤為重要的作（zuò）用。在（zài）生產中（zhōng），綜合考慮該技術的特點、模具（jù）工作條件和生產的（de）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狀

1.1 滲碳表麵化學熱處理（lǐ）

滲碳工藝是一（yī）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（sù）料模具型腔（qiāng）的表麵強化。經滲（shèn）碳處理後的（de）模具工作零件，可達到“外硬內韌”的效果，即工（gōng）作零（líng）件表麵獲（huò）得硬度、

耐磨性、疲勞強度等性（xìng）能的提升，而心部仍保持（chí）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。具有滲速快、滲層深、成本低，且滲層和基體零（líng）件之間具有較完美的結合性能，

結合層之間實現平穩過渡。但操作溫度較高（900～950℃），尤其是離子滲碳溫度可達1100℃，且滲（shèn）碳後還需進行相應的（de）熱處理，從而導（dǎo）致模（mó）具變形的可能性加大（dà），因此高（gāo）精度塑料（liào）模具不建議（yì）采用該項技術。

氣體滲碳溫度一般（bān）為920～950℃，經王榮濱試驗綜合評定（dìng）：滲碳層表麵最合理的含碳量（liàng）為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由（yóu）外向內碳質量分數梯度應均勻平緩，淬火組織中不允許（xǔ）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，在後續加工過程中易出現應力（lì）集中，產生龜裂等現（xiàn）象。

離子滲碳溫度一般為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（de）模具零件表麵等優點，更（gèng）適合在塑料模具（jù）和衝（chōng）壓模具表麵強（qiáng）化加工中應用（yòng）。

1.2 火焰表麵熱噴塗技術

熱噴塗技術是一種發展（zhǎn）極（jí）為迅速的表麵強化新技（jì）術，它是利用熱源（電弧、離子弧、火焰等）將噴塗材料加熱到熔（róng）融或半熔融狀態（tài），並使其霧化，以一定的速度噴向經（jīng）過（guò）預（yù）處理的基體表（biǎo）麵，依靠物理變化和（hé）化學變化，與基體結（jié）合（hé）的工藝（yì）方法，此結合（hé）層，能提高模具零件的耐磨、耐蝕、耐熱（rè）等性能，且操作簡便（biàn），成本較（jiào）低。近年來，該項技術在模具表（biǎo）麵強（qiáng）化中的應用得到進一步發展（zhǎn）和（hé）完善，廣（guǎng）州有色金屬研（yán）究院采用超音速噴塗硬質合金工藝，使Cr12不鏽鋼拉深

模的壽命提高了3～10倍。同（tóng）時該技術應用在模具修複中也取得較大進步，如華中科技大學材（cái）料成形與模具（jù）技術國家重點（diǎn）實驗室的張祥林等采用超音速火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製備（bèi）了（le）納米結構的WC12Co金屬陶（táo）瓷塗層，測得塗層平均（jun1）剪（jiǎn）切強（qiáng）度達150.8MPa，塗層的結合強度大於80 MPa，塗層硬度高於1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓模修複（fù）後，完（wán）全能滿足企業的使用要求。

1.3 複合表麵電鍍技術

電鍍技術是一種（zhǒng）用電化學方法在基體表麵沉積金（jīn）屬或（huò）金屬化處理的技（jì）術。電鍍硬鉻和硬鎳是我國塑料模具表（biǎo）麵處理（lǐ）的傳統技（jì）術。該技術在（zài）近室溫下進行，模具（jù）性能幾乎不受影響，也不（bú）會出現嚴重（chóng）變（biàn）形，

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（kǒng）無法處理，使（shǐ）其（qí）在模具強化中的應用受到一定限製，目前隻可用於強化普通（tōng）塑料模（mó）具的耐磨性，不適用於形狀複雜且耐蝕性要求高的塑料模（mó）具（jù）。

目前，複合鍍是模具行業中鍍（dù）層（céng）技術應用最有活（huó）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（mó）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（fù）合鍍層中可加入微粒（lì）的品種較多，且參（cān）數調整範圍較寬，可操作性強，充分體現出鍍層的多樣（yàng）性和綜合性。大連理工大學（xué）的於同敏（mǐn）、劉貴昌等（děng）將Ni－P－PTFE複合鍍用於UPVC管（guǎn）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（guǒ），達到模具成（chéng）型表麵耐磨（mó）耐腐蝕等綜合性能要求，但其硬度稍低。為此哈（hā）爾濱工業大學的範會玉在（zài）Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微粒複合，應用在玻璃纖維（wéi）增強的塑料成型（xíng）模具中，實（shí）踐表明可使其壽命提高（gāo）10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表（biǎo）麵鍍膜技術

鍍膜技術（shù）也就是氣相沉積技術，是將具有特殊性能的穩（wěn）定化合物沉（chén）積於模具工作零件表麵，形成超硬鍍膜，使模具工作零（líng）件具有優異性能。工業中使用頻率較高的（de）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材（cái）料汽化後在基體表麵（miàn）沉積成覆（fù）蓋層的實用技術。該技術在20世紀（jì）初開始應用，在最近30年（nián）發展迅速（sù），成（chéng）為了一門具有廣（guǎng）闊應用前景的新技術，並逐（zhú）漸向環保型、清潔型趨勢發展，主要（yào）用於製造精（jīng）度較高的（de）冷作模（mó）具。江西省科學

院應用物理研究所的彭文屹、張（zhāng）德（dé）元采用多弧離子鍍膜法對20根經TiN塗層（céng）處理的冷（lěng）擠壓凸模進行實際使用壽命試驗，發現其壽命提（tí）高1.5倍以上；廣州有色金屬研究院的林鬆盛（shèng）、代明江對物理氣相沉積硬質薄膜（mó）在工模具上（shàng）的應用進（jìn）行了詳細研究，指出該技術能明顯（xiǎn）提高模具的使用壽命和工件加（jiā）工質量。但（dàn）是（shì）PVD法也存在著諸如繞（rào）鍍性差等缺點，對形狀複雜的模具零（líng）件表麵（miàn）進行處理存在一定限製。

化學氣相沉積（CVD）是在900～2000℃範圍內用化學方法（fǎ）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（chén）積溫度高、塗（tú）層結合牢（láo）固，對（duì）模具零件表麵形狀幾乎沒（méi）有要求，諸如形狀複雜或帶有（yǒu）槽溝及小孔的零（líng）件均可進行（háng）均勻塗覆，彌補了物（wù）理氣相（xiàng）沉積的相（xiàng）關缺（quē）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（hǎo），摩擦因數小（xiǎo），減（jiǎn）摩性好，抗咬合性強，大幅（fú）度提高模具（jù）的使用壽命。但CVD法（fǎ）存在處理溫度高，仍需進行淬火處理，會導致較大（dà）變（biàn）形等缺陷，因此在高精度模具的（de）製造中此技（jì）術的使用受到一（yī）定限製。

等離子增強化學氣相沉積（PCVD）是利用輝光放電增強反應物化學活性，促進氣相間的化學反應，在低溫下沉積出優質鍍層（céng）的（de）實用（yòng）技術，是介於CVD和（hé）PVD之間的一種處理方法（fǎ）。用PCVD法將（jiāng）塗層鍍覆在模具（jù）工作零件（jiàn）表麵，經實踐證明，經濟效益非常可觀。重慶工學院的張葉成、張津對PCVD技（jì）術在（zài）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（shàng）沉積一（yī）層TiC，比無沉積（jī）膜層的（de）模具壽（shòu）命提高10倍以上；將PCVD法用於塑料製品模具上可提高模（mó）具壽命1～4倍。北京航空航天大學的陶冶教（jiāo）授籌（chóu）建了PCVD表麵強化技術研究實驗室，自行設計製（zhì）造了（le）試（shì）驗設備和輔助（zhù）配套設施，並及時得到了自然科學基金的資助。項目組研製了基於PCVD複合滲鍍法的（de）模具表麵強化技術，具有工藝溫度低、均鍍性好（hǎo）和鍍（dù）層結合力高等優點，適（shì）用於所有高溫回火模具和部分低溫回火模具的（de）製備，是（shì）目前唯一一種既適用（yòng）於刀具強化又適用於形狀（zhuàng）複

雜的模（mó）具表麵強化的（de）氣相沉積表（biǎo）麵強化技術。由此可見，PCVD技術（shù）在模具零件強化領域中的應用已經有所（suǒ）成就（jiù），

並且應用前（qián）景非常廣闊。

1.5 高能束流強（qiáng）化技術

高能束流強化技術（shù）具（jù）有非接觸、精確可控、材料（liào）適應性廣（guǎng）、柔性強、質量優、資源節約和（hé）環境友好等綜合優（yōu）勢，既可用於大批量高效自動化生產，又適用於多品種、小批量加（jiā）工，甚（shèn）至個性化產品的訂製，是（shì）模具製（zhì）造業中不可缺少的重要技術。其中，離子注入（rù）技術以其幾乎完美的強化（huà）效果在冷（lěng）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。有重（chóng）大應用（yòng）價值。

2、表麵（miàn）強化技術在模具製造中的應用前景（jǐng）展望

根據研究，稀土元（yuán）素可以強化表麵，提高滲速，淨化穩定晶（jīng）界，同時改善模具零件（jiàn）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（hé）表麵強化（huà）技術過程中（zhōng），可獲得更加明顯的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加入稀（xī）土（tǔ），可使模具型腔麵的耐磨（mó）壽命（mìng）延長近5倍。除（chú）此之外，稀土元素在化學沉積、電沉積、噴塗和激（jī）光塗覆等方麵都具有明顯的改（gǎi）善作用，但效果尚不十分穩（wěn）定，可（kě）見稀土元素（sù）應用於模具製造（zào）將是今後研究的重要方向。

隨著納米技術的飛速發展，其在提高模（mó）具（jù）的生產率（lǜ）和壽命方麵（miàn）效果顯著。但該技術還存在許多不完善的地方（fāng），尚有許多工作要做，如：複雜的模具型腔表麵塗層（céng）不均勻、沉積參數不明確、針對模具零件表麵強化機理未明等問題。

3、結論

模具工作零（líng）件表麵強化技術可以在一定程度上彌補（bǔ）目（mù）前（qián）模具材料的一些不足，並已顯現出極（jí）強的發展潛（qián）力，但就目前的（de）模具零件表麵強化技術而言，仍存在一些不（bú）足，其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（shàn）表（biǎo）麵強化技術（shù）在模具製造過（guò）程中的應用。

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文章關鍵詞（cí）：注塑模具工作零件表麵強化技術應用研究