模具製造中的表麵（miàn）強化技術是指模具工作零（líng）件表（biǎo）麵（miàn）經預處理後，通過單一或複合表麵技術處（chù）理，使模具工作零件獲得所需表麵或綜合（hé）性能的專業強化技術。該技術的功（gōng）能（néng）性、環保性（xìng）和增效性等優勢在模具製（zhì）造成本、模具質量和（hé）模具壽命等方麵起著尤為重要的作用。在生產中，綜（zōng）合考慮該技術的特點、模具工作條件和生產的經濟性（xìng）等因素（sù），選擇眾因素的最（zuì）佳匹配點，可顯著改善模具壽（shòu）命、質量，獲取突出的經濟效益。

1、表麵（miàn）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

滲碳工藝是一種較常使用（80%以上）的模具（jù）表麵強化技術，該工藝主要針對塑料模具型腔的（de）表麵強化（huà）。經滲碳處理後的模具（jù）工作（zuò）零件（jiàn），可達到（dào）“外硬內韌”的效果，即（jí）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、強度，符合對模具工作零件使用性能的（de）要求。具有滲速快、滲層深、成本低，且滲層和（hé）基體零件之間具有較完美（měi）的結合性能，

結（jié）合（hé）層之間實現平穩過（guò）渡。但操作溫度較高（900～950℃），尤其是離子（zǐ）滲碳溫度可達1100℃，且滲碳後還需進行相應的熱處理，從而導（dǎo）致模具變形的可能性加大，因此高精度塑料模具不建議采用該項（xiàng）技術。

氣（qì）體滲碳溫度一般為920～950℃，經王榮濱試驗綜合（hé）評定：滲（shèn）碳層（céng）表麵最合理的含碳量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向內碳質量（liàng）分數梯度應均勻平緩，淬火組織中不允許有粗條狀馬氏（shì）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（zhì）量和壽命，在後續加工過程中易（yì）出現應力（lì）集中，產生龜（guī）裂等現象。

離子滲碳溫度（dù）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（xiǎo）、可處理任何形狀的模具零（líng）件表麵（miàn）等優點，更適合在（zài）塑（sù）料模具和衝壓（yā）模具（jù）表麵（miàn）強化加工中應用。

1.2 火焰表麵熱（rè）噴（pēn）塗技術

熱（rè）噴塗技術是一種發展極為（wéi）迅速的表麵強化新技術，它是利用（yòng）熱源（電弧、離子弧、火（huǒ）焰（yàn）等）將（jiāng）噴塗材料加熱到熔（róng）融或半熔融狀（zhuàng）態，並使其霧化，以一定的速（sù）度噴向經（jīng）過預處理的基體表麵，依靠物理變化和化學變化，與基（jī）體結合的工藝（yì）方法，此結（jié）合層，能提高模具零件的（de）耐磨、耐蝕、耐（nài）熱（rè）等性能，且操作簡便，成本較低。近年來（lái），該項技術在模具表麵強化中的應用得到進一步（bù）發展和完善，廣州有色金屬研究院采用超音速（sù）噴塗硬質合金工（gōng）藝，使（shǐ）Cr12不鏽（xiù）鋼拉深

模的壽命提高了3～10倍。同時該技術應用在模具修複中也取得較大進步，如華中科技大學材料成形與模具技術國家重點實驗室（shì）的張祥林等采（cǎi）用超音速火（huǒ）焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納（nà）米結構的WC12Co金屬陶（táo）瓷塗層，測得塗層平均（jun1）剪切強（qiáng）度達150.8MPa，塗（tú）層的結（jié）合強度大於80 MPa，塗層硬度高於1000HV。運用HVOF技（jì）術對冷擠壓模修複後，完（wán）全能滿足企業的使用要（yào）求。

1.3 複合表麵電鍍（dù）技術（shù）

電（diàn）鍍技術是一種用電化學方法在（zài）基體表麵沉積（jī）金屬或金屬化處理的技術（shù）。電鍍硬鉻和硬鎳是我國塑料模（mó）具表麵（miàn）處理的傳統技（jì）術。該技術在近室溫下進行，模具性能幾乎（hū）不（bú）受影響，也不會出現嚴重變形，

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（nài）蝕性不高，溝（gōu）槽、深孔無法處理，使（shǐ）其在模具強化（huà）中的應用（yòng）受到一定限製，目（mù）前隻可用於強化普（pǔ）通塑料模（mó）具的耐磨性（xìng），不適用於形狀（zhuàng）複雜且耐蝕性要（yào）求高的塑料模具。

目前（qián），複（fù）合鍍是（shì）模具行業中鍍層技術應用最有活力的領域。複合電刷鍍（dù）可強化模具型腔表麵，也可用於修複模（mó）具型腔表麵。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（pǐn）種較多，且參數調整範圍較寬，可操作性強，充分體現出鍍層的多（duō）樣性（xìng）和綜合性（xìng）。大連理工（gōng）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（yǒu）明顯效果，達到模具成型表麵（miàn）耐磨（mó）耐腐蝕等綜合性能要求，但其硬度稍低。為此哈爾濱工業大學的範會玉在Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微粒複合，應用在玻（bō）璃纖維增強的塑料（liào）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（biǎo）麵（miàn）鍍膜技術

鍍膜技術也就是氣相沉（chén）積技術，是將具有特殊（shū）性能的穩定化合物沉積於模具工作零（líng）件表麵（miàn），形成超硬鍍膜，使（shǐ）模具工作零件具有（yǒu）優異性能。工業中使用（yòng）頻率較高的穩定（dìng）化合物主要有TiC、TiN、SiN等。

物理氣（qì）相沉積（PVD）是用（yòng）物理方法（fǎ）使鍍膜材料汽化後（hòu）在基體表麵沉積成覆（fù）蓋層（céng）的（de）實（shí）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（chéng）為了一門（mén）具有廣闊應用（yòng）前景的新技術，並逐漸（jiàn）向環保型、清（qīng）潔型趨勢（shì）發展，主要用於製造精度較高的冷作模具。江西省科學（xué）

院應用物理研究所的彭文屹（yì）、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（yàn），發現其壽命提高1.5倍以上（shàng）；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上的應用進行了詳細研（yán）究（jiū），指出該技術能明顯提高模具的使用壽命（mìng）和工件加工質量。但是PVD法也存在著諸如繞鍍性差等缺（quē）點，對（duì）形狀複雜的模具零件表麵進（jìn）行處理存在一定限製（zhì）。

化學（xué）氣相沉積（CVD）是在900～2000℃範圍內用化（huà）學方法（fǎ）使氣體在基體材（cái）料表麵發生化學（xué）反應（yīng）並形成覆蓋層的實用技術。該技術沉積溫度高、塗層結合牢（láo）固，對模具零件表麵（miàn）形（xíng）狀幾乎沒有要求，諸（zhū）如形狀複雜或帶有槽溝及小孔的零件均（jun1）可進行均（jun1）勻塗覆，彌補了（le）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（xìng）好，摩擦因數小（xiǎo），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（mó）具的製造中此技術的使用受到一定限製。

等（děng）離子增強化（huà）學氣相沉積（PCVD）是利用輝（huī）光放電增強反應（yīng）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的實用技術，是介於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（zuò）零件表麵（miàn），經實踐證明（míng），經濟效（xiào）益非常可（kě）觀（guān）。重慶工學院的張（zhāng）葉成、張津對PCVD技（jì）術在模具強化中（zhōng）的應用進行研究，發現（xiàn）利用PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模（mó）具（jù）上沉積一層TiC，比無沉積膜層的模具壽命提高10倍以上；將PCVD法用於塑料製品模（mó）具上可提高模具壽（shòu）命1～4倍。北京航空航天大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（zì）然（rán）科學基金的資助。項目組（zǔ）研製了基（jī）於（yú）PCVD複合滲鍍法的模具表（biǎo）麵強化技術，具有工藝溫（wēn）度低、均鍍性好和（hé）鍍層結合力高等優點，適用於所有高（gāo）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（yòng）於（yú）形狀複

雜的模具表麵強化的（de）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，

並且應用前景非常廣（guǎng）闊。

1.5 高能束流強化技術

高能束流強化技（jì）術具（jù）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（yǒu）好等綜合優勢，既可（kě）用於大批量高（gāo）效自動化生產，又適用於多品（pǐn）種、小批量加工，甚至個性化產品（pǐn）的訂製，是模具製造業中不可缺少的重要技術。其中，離子注入技術以（yǐ）其幾乎完（wán）美的強化效果在冷作模具、熱作模具（jù）和塑料（liào）模具等領域中（zhōng）得（dé）到廣泛應用，其平均壽命一般可提高2～10倍（bèi）。有重大應用價值。

2、表麵（miàn）強化（huà）技術在模具製造中的應用前（qián）景展望

根據研究，稀土元（yuán）素可（kě）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（gōng）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（gèng）加明顯的效果（guǒ）。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍（dù）層中加入稀土，可（kě）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、電沉積（jī）、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（fèn）穩定，可見稀土元素應用於模具製造將是今後研究的重要方向。

隨著納（nà）米技（jì）術（shù）的飛速（sù）發展，其在提高模具的生（shēng）產率和壽命方麵效果顯著。但（dàn）該技術還存在許多不完善的地方，尚有許多工作要做（zuò），如：複雜的模具型腔表（biǎo）麵塗層不均勻、沉積參數不明確、針對模具零件表（biǎo）麵強化機理未明等（děng）問題。

3、結論

模具工作零件表麵強化（huà）技術可以在一定程度上彌補目前模具材料的（de）一些不足，並已顯現出（chū）極強的發展潛力（lì），但就目前的模具零件表麵強化技術而言，仍存在一些不（bú）足，其應用（yòng）也受到一定限製，隻（zhī）要注（zhù）重研究開發，一定（dìng）會加快和（hé）完善表麵強化技（jì）術在模具製造過程中的（de）應用。

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