模具製造中的（de）表麵強化技術（shù）是指模（mó）具工作零件表（biǎo）麵經預處理後，通過（guò）單一或複合表麵技術處（chù）理，使模具工作零（líng）件獲得所需表麵或（huò）綜合（hé）性能（néng）的專業強化技術。該技術的功（gōng）能性、環保性和增效性等優勢在模具製造成本、模具質（zhì）量和模具（jù）壽命等方麵起著尤為重要的作用。在生產中，綜合考慮（lǜ）該（gāi）技術的特點、模具工作條件和生產的經濟性等（děng）因素，選擇眾因素的最佳匹配點，可顯著改善（shàn）模具壽命、質量，獲取突出的經濟效（xiào）益（yì）。

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

滲碳工藝是一種較常使用（80%以（yǐ）上）的模具表麵強化技術，該工藝主要針對塑料（liào）模具型腔的表麵強化。經（jīng）滲碳處理後的模具工作零件，可達到“外硬內韌”的效果，即工作零件表（biǎo）麵獲得硬度、

耐磨性、疲（pí）勞強度等性能的提升，而心部仍保持原來的塑韌性（xìng）、強度，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，且滲層和基體零件之間具有較完美的結合性（xìng）能，

結（jié）合層之間實現平穩過渡。但操作（zuò）溫度較高（900～950℃），尤其是離子滲碳溫度可（kě）達1100℃，且（qiě）滲碳後還需進行相應（yīng）的（de）熱（rè）處理，從而導致模具變形的可能性加大（dà），因此高精度塑料模具不建議采用（yòng）該（gāi）項技（jì）術。

氣體滲碳溫（wēn）度一般為920～950℃，經（jīng）王榮濱試（shì）驗綜合評定：滲碳層表麵最合理的（de）含碳量（liàng）為（wéi）ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向內碳質量分數梯度應均勻平緩（huǎn），淬火組織中不允許（xǔ）有粗條狀馬氏（shì）體，過多（duō）殘奧，網狀碳化物和（hé）黑色屈（qū）氏體。過高的碳（tàn）質量分數易使模具零件組織中出現網狀碳（tàn）化物等（děng）惡（è）性組織，影響模具質量和壽命，在後續加（jiā）工過程中（zhōng）易出現應（yīng）力集中，產生龜裂等現象。

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（xiào）率高、變形小、汙染小、可處（chù）理任何形狀的模具零（líng）件表麵等優點，更適合在塑料模具和衝壓模具表麵強（qiáng）化加工中應用。

1.2 火（huǒ）焰表麵熱噴塗技術

熱噴塗技術是一種發展極為迅速的表麵強化新技術，它是利用熱源（電弧、離子弧、火焰等）將噴塗材料加熱（rè）到熔融或半熔融狀態（tài），並使其霧化，以一定的速度噴向經過預處理的基體表麵，依靠物理變（biàn）化和化學變化，與基體（tǐ）結合的工藝方法（fǎ），此結合層，能提高模具零件的耐磨、耐蝕、耐熱等性（xìng）能（néng），且操作簡便，成本較低。近年來，該項技術在模具表麵強化中的應用得到進一步發展和完善（shàn），廣州有（yǒu）色金屬研究（jiū）院采用超音速噴塗硬質合金工藝，使Cr12不（bú）鏽（xiù）鋼拉深

模的壽命提高（gāo）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（xué）材料成（chéng）形與模具技術國家重（chóng）點實驗室的張祥林等采（cǎi）用超音速（sù）火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納米（mǐ）結構的（de）WC12Co金屬（shǔ）陶瓷塗層，測得塗層（céng）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技術對冷擠壓模修複後，完全能滿（mǎn）足企業的使用要求（qiú）。

1.3 複合表麵電鍍技術

電鍍技術（shù）是一種用電化學方法在基體表麵（miàn）沉積（jī）金屬或金屬化（huà）處理的技術。電鍍（dù）硬鉻和硬鎳是我國塑料模具表麵處理（lǐ）的傳統技（jì）術。該技術在近室（shì）溫下進行，模（mó）具性能幾乎不受（shòu）影響（xiǎng），也不（bú）會（huì）出（chū）現（xiàn）嚴重變形，

同時電鍍層的表麵粗糙（cāo）度較低，硬度升高為800HV。但仍存在（zài）諸多問題，如：耐蝕性不高，溝槽、深（shēn）孔無法處（chù）理，使其在模具強化中的（de）應用（yòng）受到一（yī）定限製，目前隻可用於強化普通塑料模具的（de）耐磨性，不適用於形（xíng）狀複雜且耐蝕（shí）性要求高（gāo）的塑料模具。

目前，複合鍍是模具行業中鍍層技術應用（yòng）最有活力的（de）領（lǐng）域。複合電刷鍍可強（qiáng）化模具型（xíng）腔表麵，也可用（yòng）於修複模具型腔表麵。研究發現，在（zài）模具型腔（qiāng）表麵刷鍍非晶態鍍層（0.01～0.02mm），可延（yán）長壽（shòu）命0.5～1.0倍。複合鍍層中可加入微（wēi）粒（lì）的品種較（jiào）多，且參數調整範圍較寬（kuān），可操作性強，充分體現出鍍層的多樣性和綜合性。大（dà）連理工大學的於同敏、劉貴昌等將Ni－P－PTFE複合鍍用（yòng）於UPVC管（guǎn）件模具表麵強（qiáng）化，解決UPVC材料對模具（jù）表麵的腐蝕有明顯效果，達到模具成型表麵耐（nài）磨耐腐蝕等綜合性能（néng）要求，但其硬度稍低。為此哈爾濱工（gōng）業大（dà）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（xiān）維增強的塑料成型模具中，實（shí）踐表明可使其壽命提高10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜技術

鍍膜（mó）技術也就是氣相沉積技術，是將具有特殊性（xìng）能的穩定化合物沉（chén）積於（yú）模具工作零件表（biǎo）麵，形成超硬鍍膜，使模具工作零件具有優異性能。工（gōng）業中使用頻率較高的穩定化合物主（zhǔ）要有TiC、TiN、SiN等。

物理氣（qì）相沉積（PVD）是（shì）用物理方（fāng）法使（shǐ）鍍（dù）膜材料汽化後在基體表麵沉積成覆蓋層的（de）實用技術。該技術在（zài）20世紀初開始應用，在最近30年發展迅速，成（chéng）為了一門具有（yǒu）廣闊應用前景的新技術，並逐漸向環（huán）保型、清潔型趨勢發展，主要用（yòng）於製（zhì）造精度較高的冷作模具。江西省科學

院應用物理（lǐ）研究所的彭文屹、張德元采用多弧離（lí）子鍍（dù）膜法對20根（gēn）經（jīng）TiN塗層處理的冷擠壓凸模進行實際使用壽命試驗，發現其（qí）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（jiāng）對物理（lǐ）氣相沉積硬質薄膜在工模具上的應用進行了詳細（xì）研究（jiū），指出該技術能明顯提高模具的使用壽命和工件（jiàn）加工質量。但是PVD法也存（cún）在著諸如繞鍍（dù）性差等缺點，對形狀複雜的模具零件表麵進（jìn）行處理存（cún）在一定限製。

化（huà）學氣（qì）相沉積（CVD）是在900～2000℃範圍內用化學方法使氣體（tǐ）在基體材料表麵發（fā）生化學反應並形成覆蓋層的實用技術。該技術沉積溫度高、塗層結合牢固，對模具零件表（biǎo）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進行（háng）均勻塗覆，彌補了物理氣相沉積的相關缺陷，例如在（zài）模具表麵強化中經常使用的TiC塗層硬（yìng）度高，耐磨性好，摩擦因數小，減摩性好，抗（kàng）咬（yǎo）合性強，大幅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，會導致較大變形等缺陷，因此在（zài）高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（xué）氣相沉積（PCVD）是利（lì）用輝光放電增（zēng）強反應物化學活性，促進氣相間的化學（xué）反應，在低溫下沉積出優質鍍層（céng）的實用技術，是介於CVD和PVD之間的一種處理方法。用PCVD法（fǎ）將塗層鍍覆在模具工作零件表麵，經（jīng）實踐證明，經濟效益非常可觀。重（chóng）慶工學院的張葉成、張津（jīn）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冷擠壓模具上沉積一層TiC，比無沉積膜層的模具壽命提高10倍以上（shàng）；將PCVD法用於塑（sù）料（liào）製（zhì）品模具上可提高模具壽命1～4倍。北京航空航天大學的陶冶教授籌建（jiàn）了PCVD表麵強（qiáng）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（jí）時得到了自然科學基金的（de）資助。項目組（zǔ）研製了基（jī）於PCVD複合滲鍍法的模具表麵強化技術，具有工藝溫度低、均鍍性好和鍍層結合（hé）力（lì）高等優點，適用於所有高溫回火模具（jù）和部分低溫回火模具（jù）的製備，是目前唯一一種既適用於（yú）刀具強化又適用於形狀（zhuàng）複

雜的模（mó）具表麵（miàn）強化（huà）的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有所成就，

並（bìng）且應用前景非常廣闊。

1.5 高能束流強化技術

高能束流強化技術具有非接觸、精確可控、材料（liào）適應性（xìng）廣、柔性強、質量（liàng）優、資源節約和（hé）環境友好等綜合優勢，既可用於大（dà）批量高效自動化生產，又適用於多品種（zhǒng）、小批（pī）量加工，甚至個（gè）性化（huà）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）其幾乎完美（měi）的強化效果在冷作模具、熱作模具和塑料模具等（děng）領域中得到廣泛（fàn）應用，其（qí）平均壽命（mìng）一般可提高2～10倍。有重大應用價值。

2、表麵強化技術在模具製造中的應用（yòng）前景展望

根據研究（jiū），稀土元素可以強化表麵，提高（gāo）滲速，淨化穩定晶界，同時改善模具零件表（biǎo）麵組織、物理化學性能和（hé）機械（xiè）加工（gōng）性能（néng）。把稀土元素（sù）應用在（zài）複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鍍層中加入稀土，可使（shǐ）模具型腔麵（miàn）的耐（nài）磨壽命延長近5倍。除此之外，稀土元素在化（huà）學（xué）沉積、電沉積、噴塗和激光塗覆等方麵都具有明顯的（de）改善作用，但效果尚不十分穩定，可見稀土（tǔ）元素應用於模具製造將是今後研究的重要方（fāng）向。

隨著納米技術的飛速發（fā）展，其（qí）在提高模具的生產率和壽（shòu）命方麵效果顯著。但該技術還存在許多不完（wán）善的地方，尚有（yǒu）許多工作要做（zuò），如：複雜的模具型（xíng）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

模具工作零件表麵強化技術可以在一定程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，但就目前的模具零件表麵強化技術而（ér）言（yán），仍存在一些不足，其應用也受到一（yī）定限製（zhì），隻要注重研究開（kāi）發，一定會加快和完善表（biǎo）麵強化技術在模具製造過程中（zhōng）的應用。

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