模具製（zhì）造中的表麵強化技術是指模具工作零（líng）件表麵經預處理後，通過（guò）單一或複（fù）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的專業強化技（jì）術。該技術（shù）的功（gōng）能性、環保性（xìng）和增效性等（děng）優勢在模具製造成本、模具（jù）質（zhì）量和模具壽命等方（fāng）麵（miàn）起著尤為（wéi）重要的作用。在生（shēng）產中，綜（zōng）合考慮該（gāi）技術的特點、模具工作條件和生產的經濟性等（děng）因素，選擇眾因（yīn）素的最佳（jiā）匹配點，可顯著改善模具壽命、質（zhì）量，獲取突出的經濟效益（yì）。

1、表麵強化技術在模（mó）具製造中的應用現狀

1.1 滲碳表麵化學熱處理

滲碳工藝（yì）是一（yī）種較常使用（80%以上（shàng））的（de）模具表麵強化技術，該工藝主要針對塑料模具型腔（qiāng）的表麵強化。經滲碳處理後的模具工作零件，可達到“外硬內韌”的效果，即工作（zuò）零件表麵獲得（dé）硬度、

耐磨（mó）性、疲勞強度等性能的提升（shēng），而心部仍保持原（yuán）來（lái）的塑韌性、強度，符合對（duì）模具工（gōng）作零（líng）件使用性能的要求。具有滲速快（kuài）、滲層深、成（chéng）本低，且滲層和基體零件（jiàn）之間具（jù）有較完美的結（jié）合性能，

結合層之間實現（xiàn）平穩過渡。但操作溫度較高（gāo）（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熱處理，從而導致模具變形的可能性加（jiā）大，因此高精度塑料模具不（bú）建議采用該項技術。

氣體滲碳溫度一般為920～950℃，經王榮濱試驗綜合評定：滲碳（tàn）層表麵（miàn）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（yún）平緩（huǎn），淬火組織中不允許（xǔ）有（yǒu）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（wǎng）狀碳化（huà）物等惡性組織，影響（xiǎng）模具質量和壽命，在後續加工過程中易出現應（yīng）力集（jí）中（zhōng），產生龜裂等現象。

離子滲碳溫度一般為（wéi）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（xíng）狀的模具零件表麵等（děng）優點（diǎn），更適合在（zài）塑料模具和衝（chōng）壓模具表（biǎo）麵強化加工中應用。

1.2 火焰表（biǎo）麵熱噴塗（tú）技術

熱噴塗技術是一種發展極為迅速的表麵強化新技術，它是（shì）利（lì）用熱源（電弧、離子弧、火焰等）將噴（pēn）塗材料加（jiā）熱到熔融或半熔融狀態，並使（shǐ）其霧化，以一定的速度噴向經過預處（chù）理的基體表麵，依靠物理變化（huà）和化學變化，與基體結合的工藝方法，此結合層，能提高模具零件的耐磨、耐蝕、耐（nài）熱等性能，且操作簡便，成本較低。近年（nián）來，該項技術在模具表麵強化中的應用得到進一步發展和（hé）完善，廣州有色（sè）金屬研究（jiū）院采用超音速噴塗（tú）硬質合金（jīn）工（gōng）藝，使Cr12不鏽鋼拉深

模的壽命提高了3～10倍。同時該技術應（yīng）用（yòng）在模（mó）具修複（fù）中（zhōng）也取得較大進步，如華中科技大學材料成形與模具技術國家重點實驗室的張（zhāng）祥林等采用超（chāo）音速火焰噴塗（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，塗層的結合強度大於80 MPa，塗層硬度高於1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓模修（xiū）複後，完全能滿（mǎn）足企業的使用（yòng）要求。

1.3 複合（hé）表麵電鍍技術

電鍍技術是一種用電化學方法在基體表麵沉（chén）積金（jīn）屬或金屬化處（chù）理的技術。電鍍（dù）硬鉻和（hé）硬鎳是（shì）我國塑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（néng）幾乎不受影響，也不會出現嚴重變形，

同時電鍍層的表麵粗糙度（dù）較低，硬度（dù）升高為800HV。但仍存在諸多問題，如：耐蝕性不高，溝（gōu）槽、深孔無（wú）法處理，使其（qí）在模具強化中的應用受到一定限製，目前隻可用於強化（huà）普通塑料模具的耐磨性，不適用於形（xíng）狀複雜且耐蝕（shí）性要求高的塑料模（mó）具。

目前，複合鍍是模（mó）具行業中鍍層技術應用（yòng）最有活力的領域。複合電刷鍍可強（qiáng）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（miàn）刷鍍非晶態鍍層（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的品種（zhǒng）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（de）多樣性和綜合性。大連理工大學的於同（tóng）敏、劉貴（guì）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（biǎo）麵的（de）腐蝕有明顯效果，達到模具成型表（biǎo）麵耐磨耐腐蝕等（děng）綜合性能（néng）要求，但其硬度稍（shāo）低。為此哈（hā）爾濱工業大學的（de）範會玉在Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微粒複合，應用（yòng）在（zài）玻璃纖維（wéi）增強的塑料成型模具中，實踐表明可使其壽命（mìng）提高10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜技術（shù）

鍍膜技術也就是氣相沉積技術，是將具有特殊（shū）性能的穩定化合物沉積於模具（jù）工作零（líng）件表麵，形成超硬鍍膜，使模（mó）具工作零件具有優異（yì）性能。工業中使用頻率較高的穩（wěn）定化合（hé）物主要（yào）有TiC、TiN、SiN等。

物理氣相沉積（PVD）是用物（wù）理方（fāng）法使鍍膜材料汽化後在基體表麵（miàn）沉積成覆蓋層（céng）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，成為（wéi）了一門具有廣闊（kuò）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（yīng）用物理研究所（suǒ）的彭文屹、張德元采用多弧離子鍍膜法對20根經（jīng）TiN塗層處理的冷擠壓（yā）凸模進行實際使用壽命試驗，發現其壽命提高1.5倍（bèi）以（yǐ）上；廣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模具（jù）上的應用進行了詳（xiáng）細研究，指出（chū）該技術能明顯提高模具的使用（yòng）壽命和工件加工質量。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（líng）件表麵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（xué）方（fāng）法使（shǐ）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。該技術沉積溫度高（gāo）、塗層結合牢（láo）固，對模具零件表麵形狀幾乎沒有要求，諸如形狀複雜或帶有槽溝及小孔的零件均可（kě）進行均（jun1）勻塗覆，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（yǎo）合性強，大（dà）幅（fú）度提高模具的使用壽命。但CVD法存在處理溫度高，仍需進行淬火處理，會導致較（jiào）大變形等缺陷，因此（cǐ）在高（gāo）精度模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積（PCVD）是（shì）利用輝光放電增強反應（yīng）物化學活性，促進氣相間的化（huà）學反應，在低溫下沉積出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（jiāng）塗層（céng）鍍覆（fù）在模具工作零件表麵，經（jīng）實踐證明，經濟效（xiào）益非常可觀。重慶工學院的（de）張葉成、張津對PCVD技術在模具強化中的應用進行（háng）研究，發現利用PCVD技（jì）術在W18Cr4V冷（lěng）擠壓模具上沉積一層TiC，比無沉積膜層的模具（jù）壽命（mìng）提高10倍以上；將PCVD法（fǎ）用於塑料製品模（mó）具上可提高模具壽命1～4倍。北京航空航天大學的（de）陶冶教授籌建了（le）PCVD表麵強化技（jì）術研（yán）究實（shí）驗（yàn）室，自行設計（jì）製造了（le）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。項目組研製了基於（yú）PCVD複合滲鍍法的模具表（biǎo）麵強化技術，具有工藝溫度低、均鍍性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（huǒ）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（qì）相沉（chén）積表麵強化技術。由此可見，PCVD技術在模具零件強（qiáng）化領域中的應用（yòng）已經有所成就，

並且應用（yòng）前景非常廣闊。

1.5 高能束流強化技術

高能束（shù）流強化技術具有非接觸、精確可控、材料（liào）適應性廣、柔性強、質量優、資源（yuán）節（jiē）約和環境友好等綜合優勢，既可用於（yú）大批量高效（xiào）自動化生產，又適用於多品種、小批量加工，甚至個性化產品的訂製，是模（mó）具製（zhì）造業中不可缺少的（de）重要技（jì）術。其中，離子注入（rù）技術以其（qí）幾乎（hū）完美（měi）的強化效果在冷作模具、熱作模具和塑（sù）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（bèi）。有重大應（yīng）用價值。

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（huà）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術過程中，可獲得更加明顯的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層（céng）中加入稀土，可使模具型腔（qiāng）麵的耐磨壽命延（yán）長近5倍。除此之外（wài），稀土元素在化學沉積、電沉積、噴塗和激光塗覆等方（fāng）麵都具有明（míng）顯的改善作用，但效果尚不（bú）十分穩定（dìng），可見稀土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（jì）術的飛速發（fā）展，其在提高模具的生產率和壽命方麵（miàn）效果顯（xiǎn）著。但該（gāi）技術還存在許多不完善的地（dì）方，尚有（yǒu）許多工作要做，如：複雜的模具型腔表麵塗層不均勻、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（gōng）作零件表麵強化（huà）技術可以（yǐ）在一定（dìng）程度（dù）上彌補目前模具材料的（de）一些不足，並已顯現（xiàn）出極（jí）強的（de）發展潛力，但就目前的模具（jù）零件（jiàn）表麵強化技術（shù）而言，仍存在一些不足，其應用也受到一定限製，隻要注重研究開發，一定會加（jiā）快和完善表麵強化技術在模具製造過程中的（de）應用。

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