模具製造中的表麵強化技（jì）術是指模具工（gōng）作零件表麵經預處理（lǐ）後（hòu），通過（guò）單（dān）一或（huò）複合表麵（miàn）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（shù）。該技術的功能性、環保性（xìng）和增效性等優勢在模具製造成本、模具質量和模具壽命等方麵（miàn）起著（zhe）尤為重（chóng）要的作用。在生產中，綜合考慮該技術的特點、模具工作條件和生（shēng）產的經濟性等（děng）因素，選擇眾因素的最佳匹配點，可顯著改善模具壽命、質量，獲取突出的經濟（jì）效益。

1、表麵強化技術在模具製造中的應用現（xiàn）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）的模具表麵強化技術，該工藝主要針對塑料模具型腔的表麵（miàn）強化。經滲碳處理後的模具工作零件，可達到“外硬（yìng）內韌”的效果，即工作零件表麵獲得硬（yìng）度、

耐磨性、疲勞強度等性能的提升，而（ér）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（yòng）性能的要求。具有滲速快、滲層（céng）深、成本低，且滲層和基體零件之間具有較完美的結（jié）合性能，

結合層之間實現（xiàn）平穩（wěn）過渡。但操作溫度較高（900～950℃），尤（yóu）其是離子滲（shèn）碳溫度可達1100℃，且滲碳後還需進行（háng）相應的熱處理，從而（ér）導致模具（jù）變形的可能性加大，因此高精度塑料模具不建議采用該項技術。

氣體滲碳溫度一般為（wéi）920～950℃，經王榮濱試驗綜合評（píng）定：滲碳層表麵（miàn）最合理的含碳量（liàng）為（wéi）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馬氏體，過多殘奧，網（wǎng）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（hòu）續加工過程（chéng）中易出現應力集中，產（chǎn）生龜裂等現象。

離子滲碳（tàn）溫（wēn）度一般為（wéi）900～960℃，與氣體滲碳比較，離子滲碳具有效（xiào）率（lǜ）高、變形小、汙染小、可處理任何形狀的模具零件表麵（miàn）等優點，更適合在塑料模具和衝（chōng）壓模（mó）具表（biǎo）麵強化加工中應（yīng）用。

1.2 火焰表麵熱噴塗技術

熱噴（pēn）塗技術（shù）是（shì）一種發展極（jí）為迅速的表麵強化新技術，它是利用熱（rè）源（電弧、離子弧、火（huǒ）焰（yàn）等）將噴塗（tú）材料加熱到（dào）熔融或半熔融狀態，並（bìng）使其霧化，以一（yī）定的速度噴向經過預處（chù）理的基體表（biǎo）麵，依靠物理變化和化學變化，與基體結合（hé）的工藝方法，此結合（hé）層，能提高模具零件的耐磨、耐蝕、耐熱等性能，且（qiě）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，廣州有色金（jīn）屬研究院采用超音速（sù）噴塗硬質合金工藝，使Cr12不鏽鋼拉深

模的（de）壽命提高了3～10倍。同（tóng）時該技術應用在模（mó）具（jù）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（jì）術國家重點（diǎn）實驗室（shì）的張祥林等采用超音速火焰噴塗（tú）（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵（miàn）製備了（le）納米結構的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗（tú）層平均剪切（qiē）強度達150.8MPa，塗層的結合強度大於80 MPa，塗層硬度高（gāo）於（yú）1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓模修複後，完全能滿足（zú）企業的使用要求（qiú）。

1.3 複（fù）合表麵電鍍技術

電鍍技術是一種用電化學方（fāng）法在基體表麵沉積金屬或金屬化處（chù）理的技術。電鍍硬（yìng）鉻和硬鎳（niè）是我國（guó）塑料模具表麵處理的（de）傳（chuán）統技術。該技術在近（jìn）室溫下進行，模具（jù）性能幾乎不受影響，也不會出現嚴重（chóng）變形（xíng），

同時（shí）電鍍層的表麵粗糙度較低（dī），硬度升（shēng）高為800HV。但仍存在諸多問題，如：耐（nài）蝕性不高，溝槽、深（shēn）孔無法處理，使其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塑料（liào）模具的耐磨性，不（bú）適用（yòng）於形狀複雜且耐蝕性（xìng）要求（qiú）高的塑料模具。

目前（qián），複合鍍是模具行業中鍍層技術應用最有活力的領域。複合電刷（shuā）鍍可強化模具型腔表麵，也可（kě）用於修複模具型（xíng）腔表麵。研究發現，在模具（jù）型（xíng）腔表麵刷鍍非晶態鍍（dù）層（0.01～0.02mm），可延長（zhǎng）壽命（mìng）0.5～1.0倍。複合鍍層中可（kě）加入微粒（lì）的品種較多，且參數調整範圍較寬，可操（cāo）作性強，充分（fèn）體現出鍍層的多樣性（xìng）和綜合性。大連（lián）理工大學的（de）於同敏、劉貴昌等將Ni－P－PTFE複合鍍用於UPVC管（guǎn）件模具表麵強化（huà），解（jiě）決UPVC材（cái）料對模具（jù）表麵的腐蝕有明顯效果，達到模具成型（xíng）表麵耐磨耐腐蝕等綜合性能要求，但其硬度稍低。為此哈爾（ěr）濱工業（yè）大學的範（fàn）會玉在（zài）Ni－P的基（jī）礎（chǔ）上，將PTFE與SiC微（wēi）粒複合，應用在玻璃纖維增強的塑料（liào）成型模具中，實（shí）踐表明可使其壽命提高10倍左（zuǒ）右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜技術

鍍膜技術也就（jiù）是氣相沉積技術，是將具（jù）有（yǒu）特（tè）殊性能的穩定化合物沉積於模（mó）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（néng）。工業（yè）中使（shǐ）用頻率較高（gāo）的（de）穩定化合物主要有TiC、TiN、SiN等。

物理氣相沉積（PVD）是（shì）用物理方（fāng）法使鍍膜材料（liào）汽（qì）化後在基體表麵沉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（xùn）速，成為了一門具有廣闊應用前景的新技術，並逐漸（jiàn）向環保型、清潔型（xíng）趨勢發展，主要用於製造精度較高（gāo）的冷作模具。江西省科學

院應用物理研（yán）究所的彭文屹、張（zhāng）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（jìn）行實際使用壽命試驗，發現其壽命提高1.5倍以上；廣州有（yǒu）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（shàng）的（de）應用進行了詳細研究，指（zhǐ）出該技術（shù）能明顯提高模（mó）具的使用壽命和工件加工（gōng）質量。但是PVD法也存在著諸如繞鍍性差等缺點，對形（xíng）狀複雜的模（mó）具零件表麵進行處理存在一定限製。

化學氣相沉積（CVD）是在900～2000℃範圍內用化學方（fāng）法使氣體（tǐ）在基體材料表麵發生化學反（fǎn）應並形成覆蓋層的實用技術。該技術沉積溫度高（gāo）、塗層（céng）結合牢固（gù），對模（mó）具零件表麵形狀幾乎沒有要（yào）求，諸如形狀（zhuàng）複雜或帶有槽溝及小孔的零件（jiàn）均可進行（háng）均勻塗覆（fù），彌補了物理氣（qì）相沉積的相關（guān）缺（quē）陷（xiàn），例如（rú）在模具表麵強化中經常使用的TiC塗層（céng）硬度（dù）高，耐磨性（xìng）好（hǎo），摩擦因數小，減摩性好，抗咬（yǎo）合（hé）性強，大幅度提高模具的使用壽命（mìng）。但CVD法（fǎ）存在（zài）處理溫度高，仍需進行淬火處理，會導致較大變（biàn）形等（děng）缺陷，因此在高精度模具的製（zhì）造中（zhōng）此技術的使用受到一定限製。

等離子增（zēng）強化學氣相沉積（PCVD）是利用輝光放電增（zēng）強反應物化學活性，促進氣相（xiàng）間的化學反應，在低（dī）溫下沉積出優（yōu）質（zhì）鍍層的實用（yòng）技術，是介於CVD和PVD之（zhī）間的一種處理方法。用PCVD法將（jiāng）塗（tú）層鍍覆在模具工作零件表麵，經實踐證明，經濟（jì）效益非常可觀。重慶（qìng）工學院的張葉成、張津對PCVD技術在模具強化中的應（yīng）用進行（háng）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壽命提高10倍以上（shàng）；將PCVD法用於塑料製品模具上可提高模具壽命1～4倍。北京航空（kōng）航天大學的（de）陶冶教（jiāo）授籌（chóu）建了PCVD表麵強化（huà）技術研究實驗室（shì），自行設計製造了試（shì）驗設（shè）備和輔助配套設施，並及時得到（dào）了自然科學基（jī）金的資助。項目組（zǔ）研製了基於PCVD複合（hé）滲鍍法的模（mó）具表麵（miàn）強化技術，具有工藝溫度低、均鍍性好（hǎo）和鍍層結（jié）合力高（gāo）等優點，適用（yòng）於所有高溫回火模具和部分低溫回火模具的製備，是目前唯（wéi）一（yī）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技術（shù）。由此可見，PCVD技術在模具零件（jiàn）強化領域中的（de）應用已經有所成就，

並且應用前景非常廣闊。

1.5 高能束流強化技（jì）術

高能束流強化技術具有非接觸、精確可控、材料適應（yīng）性廣、柔性強、質量優（yōu）、資源節約和環境友好等綜合優勢，既可用於大批（pī）量高效自動化生產（chǎn），又適用於多品種（zhǒng）、小（xiǎo）批量加工，甚至個性化產品的訂製，是模（mó）具製造業中不可缺少的重要技術。其中，離子注入技術以其幾乎完美的強化效果在冷（lěng）作模具、熱作模具和塑料（liào）模具等領域中得到廣泛應用，其平均壽命一般可（kě）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前景展望

根據研究，稀（xī）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（jù）零（líng）件表麵組織、物理化學（xué）性能和機械加工性能。把稀土元素（sù）應用在複合表麵強（qiáng）化技（jì）術過程中，可獲得更加明顯的效（xiào）果。如在（zài）Ni－Cu－P－MoS2鍍（dù）層中加入稀土，可使模具（jù）型腔麵的耐磨壽命延長近5倍。除此（cǐ）之（zhī）外，稀（xī）土元素在（zài）化學沉積、電沉積、噴塗和激光塗覆等方麵都具有明顯的改善作用，但效果尚不十分穩定，可見稀土（tǔ）元素應用於（yú）模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（xiǎn）著（zhe）。但該技術還存在許多不完善的地方，尚有許多工作要（yào）做，如：複雜（zá）的模具型腔表麵塗（tú）層（céng）不均勻、沉積參數不明確、針對模具零（líng）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定（dìng）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（mó）具零件（jiàn）表（biǎo）麵強化技術而言，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，一定會加快和完善表麵強化（huà）技（jì）術在模具製造過程中的應用。

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