模（mó）具製造（zào）中的表麵強化技術是（shì）指模具工作零件表麵經預（yù）處理後，通過單一或複合表麵技術處（chù）理，使模具工作（zuò）零件獲（huò）得（dé）所需（xū）表麵或綜合性能的專業強化技（jì）術。該技術的功能性、環保（bǎo）性和增效性等（děng）優勢在模具製造成本、模具（jù）質量和模具（jù）壽命等（děng）方麵起（qǐ）著尤為重要的作用。在生產（chǎn）中，綜合考慮（lǜ）該技術的特點、模具工作條（tiáo）件和生產的經濟性等因素，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（mó）具製造中的應用現狀（zhuàng）

1.1 滲碳表麵化（huà）學熱處理

滲（shèn）碳工藝（yì）是（shì）一種較常使用（yòng）（80%以上）的模具（jù）表麵（miàn）強化技術，該工藝主要針對（duì）塑料模具型（xíng）腔的表麵強化。經滲碳處（chù）理後的模具（jù）工作零件，可達（dá）到“外硬內韌”的效果，即工作零件表麵獲得硬度、

耐磨性、疲勞強度等性能的提升，而心部仍（réng）保持原來的塑（sù）韌性、強（qiáng）度，符合對模具工作零件使（shǐ）用性（xìng）能的要求。具有滲（shèn）速快、滲層深、成本低，且（qiě）滲層和基體零件之間（jiān）具有（yǒu）較完美的結合性（xìng）能，

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

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（tàn）質量分數（shù）梯度應均勻平緩，淬火組織（zhī）中不（bú）允許有粗條狀馬（mǎ）氏體（tǐ），過多殘奧，網狀碳化物和黑色屈氏體。過高的碳質量分數（shù）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（gōng）過程（chéng）中易出現應力（lì）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，離子滲碳具有效率高、變形小、汙染小、可處理任何形狀的模具零件表麵等優點，更適（shì）合在（zài）塑料模（mó）具（jù）和衝壓模具（jù）表麵強化加工中應用。

1.2 火焰表麵熱噴塗技術

熱噴（pēn）塗技術是（shì）一種發展（zhǎn）極為迅速的表麵強化新技術，它是利用熱（rè）源（電弧（hú）、離子弧、火（huǒ）焰等）將噴塗材料加熱到熔融或半熔（róng）融（róng）狀態，並使（shǐ）其霧化，以一定的速度噴向經（jīng）過預處理的基（jī）體表麵，依（yī）靠物理變化和化學變化，與基體結合的工藝方（fāng）法，此結合層，能提高模（mó）具零件的耐磨、耐蝕、耐熱等性能，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（yīng）用得到進一步發展和完（wán）善，廣州有色金屬（shǔ）研究院采用超（chāo）音速噴塗硬質合（hé）金工藝，使Cr12不鏽鋼拉深

模的壽命提高了3～10倍。同時該（gāi）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的張祥林等采用超音速火焰（yàn）噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製（zhì）備了納米結構的WC12Co金屬陶瓷塗（tú）層（céng），測得塗（tú）層平均剪切強度（dù）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（wán）全能滿足（zú）企業的使用要求。

1.3 複合表麵電鍍技術

電鍍技術是一種用電化學方法在基體表麵沉（chén）積金屬或金屬化處理的技術。電鍍硬鉻和硬鎳是我國塑料模具表麵處理的傳統技術。該技術在近室（shì）溫下進行，模具（jù）性能幾乎不受影響，也不會出現嚴重變形，

同時電鍍（dù）層的表麵粗糙度較低（dī），硬度升（shēng）高為800HV。但（dàn）仍（réng）存在諸多問題，如：耐蝕性不高，溝槽（cáo）、深孔無（wú）法處理，使其在（zài）模具（jù）強化中的應用受到一定限製，目前隻可用（yòng）於強（qiáng）化普通塑料（liào）模具的耐磨性，不（bú）適用於（yú）形狀複雜且耐蝕性要求高的塑料模具。

目前，複合鍍是（shì）模具行業中鍍層技術應用最有活力的領域（yù）。複合電刷鍍可強（qiáng）化（huà）模具型（xíng）腔表麵，也可用於（yú）修複模具型腔表麵。研究發現，在模具（jù）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（rù）微粒的品種較多，且參數調整範圍較寬，可操作（zuò）性強，充分體現出鍍層的多樣性和綜合（hé）性。大連理工大學的於同敏、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明顯效果，達到模具成型表麵（miàn）耐磨（mó）耐腐蝕等綜合（hé）性（xìng）能要求，但其硬度稍低。為此哈爾（ěr）濱工業大學的範（fàn）會玉在Ni－P的基礎上，將PTFE與（yǔ）SiC微粒複合，應用在玻璃纖維增強的塑料成型模具中，實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（shù）

鍍膜技術也就是氣相沉積技（jì）術，是將具有特殊性能的穩定化合物沉積於模具工作零件表麵，形成超硬鍍（dù）膜，使模具工作零件具有優異（yì）性能。工業中使用頻率較高的穩定化合物（wù）主要有TiC、TiN、SiN等。

物理氣相（xiàng）沉積（PVD）是用物理方法使鍍膜材料汽化後（hòu）在基體（tǐ）表麵沉積成覆（fù）蓋層的實用技術。該技術在20世紀初（chū）開始應用，在最近30年發（fā）展迅速，成為了一門具有廣闊應用前景的新技術，並逐漸向環（huán）保型、清（qīng）潔型趨勢發展，主要用於製造精度（dù）較高的冷（lěng）作模（mó）具。江西（xī）省科學

院應用物理研究所（suǒ）的彭（péng）文（wén）屹、張德元（yuán）采（cǎi）用多弧離（lí）子鍍（dù）膜法對（duì）20根經（jīng）TiN塗（tú）層處理的冷擠壓凸模進行實際（jì）使用壽命試驗，發現其壽命提高1.5倍以上；廣州有色金屬研究院的林鬆盛、代明江對物理氣（qì）相沉積硬質薄膜在工（gōng）模具上的應用進行了詳細研究，指出該技術能（néng）明顯提高模具的使用壽命和工件加工質量。但是（shì）PVD法也存在著諸如繞鍍性（xìng）差等缺（quē）點，對形狀複（fù）雜的模具零件表麵進行（háng）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）方法使氣體在基體材料表麵發生化學反應並形成覆蓋層的實（shí）用技術。該技術沉積溫度高、塗層結合牢固，對模（mó）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進行均勻塗覆，彌補了（le）物理氣相沉積的相關缺陷，例如（rú）在模具表麵強化中（zhōng）經常使用的TiC塗層硬度（dù）高，耐磨性好，摩擦因數小（xiǎo），減摩性好，抗（kàng）咬合性強，大幅度（dù）提高模具（jù）的使用壽命。但CVD法存在處理（lǐ）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（jīng）度模（mó）具的（de）製（zhì）造中（zhōng）此（cǐ）技術的使用受到一定限製（zhì）。

等離（lí）子增強化學（xué）氣（qì）相沉積（jī）（PCVD）是利用輝（huī）光放（fàng）電增（zēng）強反應（yīng）物化學活性，促（cù）進氣相間（jiān）的化（huà）學反應，在低溫下沉積出優質鍍（dù）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零件表麵，經實踐證明，經濟效（xiào）益非常可（kě）觀。重（chóng）慶（qìng）工學院的張葉成、張（zhāng）津對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（jǐ）壓模具上沉積一層TiC，比無（wú）沉積膜層的模具壽命（mìng）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授籌建了PCVD表（biǎo）麵（miàn）強化技術研究實驗室，自行設計製造了試驗設備（bèi）和輔助配套設（shè）施，並及時得到了自然科（kē）學基金（jīn）的資助（zhù）。項目組（zǔ）研製（zhì）了基於PCVD複（fù）合滲鍍法（fǎ）的模（mó）具表麵（miàn）強化技術，具有工藝溫度（dù）低、均鍍性好和鍍層結合（hé）力高等優（yōu）點，適用於所有高溫回火模具（jù）和部分低溫回火模具的製（zhì）備，是目前唯（wéi）一一種既適用（yòng）於刀具強化又適用於形狀複

雜的模具表麵（miàn）強化的（de）氣相沉積（jī）表麵強化技術。由此可見，PCVD技術在模具零件強化領域中的（de）應用已經有所成就，

並且應（yīng）用前景非常（cháng）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、材料適應性廣、柔性強、質量優、資源節約和環境友（yǒu）好等綜合（hé）優勢，既可用於大批量高效（xiào）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（rù）技術以其幾乎完美的強化效果在冷作模具、熱作模具和塑料模具等領域中得到廣泛應用，其平均（jun1）壽命一般可提高（gāo）2～10倍。有重大應用價值。

2、表麵強化技（jì）術在模具製造中的應（yīng）用前景展（zhǎn）望

根據研究，稀土（tǔ）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）零件表麵組織、物理化學性能和機械加工性能。把稀（xī）土元素應用在複合表麵（miàn）強化技術過程中，可獲得更加明顯的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加（jiā）入（rù）稀土，可使模具型腔麵（miàn）的耐磨壽命延長近5倍。除此之外，稀（xī）土元素在化學沉積、電沉積、噴（pēn）塗和激光塗覆等方麵都具有明顯的改（gǎi）善作用，但效果尚不十分穩定，可見（jiàn）稀土元素應用於（yú）模具製造將是今後研究的（de）重要方（fāng）向。

隨著納米技術（shù）的（de）飛速發展，其在提高模具的生產率和壽命方麵效果顯著。但該技術還（hái）存在許多不完善的地（dì）方，尚有許多工作要做，如：複雜的模具型腔表麵（miàn）塗層不均勻、沉積（jī）參（cān）數不明確、針對模具零件表（biǎo）麵強化機理未明等問題。

3、結論

模具（jù）工作零件表麵強化技術可以在一（yī）定程度上彌（mí）補目前模具材（cái）料（liào）的一些不足，並已顯現出極強的發展潛力，但（dàn）就目前的模具零件表麵強化（huà）技術而言，仍存在一些不足，其應用也受到一（yī）定（dìng）限製，隻要注重研究開發（fā），一定會加快和完（wán）善表麵強化技術在模具製造過程中（zhōng）的應用。

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文章關鍵詞：注塑（sù）模具工作零件表麵強化技術應用研究