模具製造中的表麵強化技術是指模具工（gōng）作零（líng）件表麵經預處理後，通過單一或複合表麵技術處理，使模具工作零件獲得所需表麵或綜合性能的專業強化技（jì）術。該技術的功能性、環保性和增效（xiào）性（xìng）等優勢在（zài）模具製造成本、模具質量（liàng）和模具壽命等方麵起著尤為重要的作用。在生產中，綜合考慮該技術的特點、模（mó）具工作條件和生產的經濟性等因素，選擇眾因素（sù）的最佳匹配點，可顯著改善（shàn）模具壽命、質量，獲取突出（chū）的經濟效益。

1、表麵強化技術在模具製造（zào）中的應（yīng）用現狀

1.1 滲碳表麵（miàn）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（sù）料模具型腔的（de）表麵強化。經滲（shèn）碳處理後的模（mó）具工（gōng）作零件，可達到“外（wài）硬內韌”的效果，即工作零（líng）件表麵獲得硬度、

耐磨性、疲勞強度等性能的提升，而心（xīn）部仍保持原來的塑韌性、強（qiáng）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能，

結合（hé）層之（zhī）間實現平穩過渡。但操作溫度較高（900～950℃），尤其是離子滲碳溫度可（kě）達1100℃，且滲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定：滲碳層表麵最合理的含碳量為（wéi）ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向內碳質量分（fèn）數梯度應均勻平緩，淬火（huǒ）組織中不允許有粗（cū）條（tiáo）狀（zhuàng）馬（mǎ）氏體，過多殘奧，網狀碳（tàn）化物和黑色屈氏體。過（guò）高的碳質量分數易使模具零件組織中出現網狀碳（tàn）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出現應力集中，產生龜裂等現象。

離子滲碳溫度一般為（wéi）900～960℃，與（yǔ）氣體滲碳比（bǐ）較，離子滲（shèn）碳具有效率高（gāo）、變形小、汙染小、可處理任何形狀的模具（jù）零件表麵等優點，更適合在塑料模具（jù）和衝壓模具表麵強化加工中應用。

1.2 火焰表麵熱噴塗技（jì）術

熱噴塗技（jì）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（liào）加熱到熔融或半熔（róng）融狀態（tài），並使（shǐ）其霧（wù）化，以一定的速度噴向經過預處理的基體表（biǎo）麵，依靠物理變化（huà）和化學（xué）變化，與基體結合的工藝（yì）方（fāng）法，此結合（hé）層，能提高模具（jù）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用（yòng）得到進一步發展（zhǎn）和完善，廣州有色金屬研究院采用超音速噴塗硬質合金工藝，使Cr12不鏽鋼（gāng）拉深（shēn）

模的壽命提（tí）高了3～10倍（bèi）。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（kē）技大學（xué）材料（liào）成形與模具（jù）技術國家重點實驗室的張祥林等采用超音速火（huǒ）焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具（jù）鋼（gāng）表麵製備了納米結構的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗層平均剪切強（qiáng）度達150.8MPa，塗層的結合強（qiáng）度大於80 MPa，塗層硬度（dù）高（gāo）於1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓模（mó）修複後，完全（quán）能滿足企業的使用要求。

1.3 複合表麵電鍍技術

電鍍技術是一種（zhǒng）用（yòng）電化學方法在基體表麵沉積金屬或金屬化處理（lǐ）的技術（shù）。電鍍（dù）硬鉻和硬鎳是（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，模具性能幾乎不受影響，也（yě）不會出現嚴重（chóng）變形，

同時電鍍層的表麵（miàn）粗糙度較（jiào）低，硬度升高為800HV。但仍存在諸多問題，如：耐蝕性不高（gāo），溝槽、深孔無法處理，使其在模具強化中的應用受到一定限製（zhì），目前隻可用於強化（huà）普通塑（sù）料模具（jù）的耐磨性，不適用於形狀複雜且耐蝕性要求（qiú）高的塑料模具。

目前，複合鍍是模具（jù）行（háng）業中鍍層技術（shù）應（yīng）用最有活力（lì）的領域。複合電刷鍍可強化（huà）模（mó）具型腔表麵，也可用（yòng）於（yú）修複模具型腔表麵。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（hé）鍍層中（zhōng）可加入微粒的品（pǐn）種較（jiào）多，且參數調整範圍較（jiào）寬，可操作性強（qiáng），充分體現出鍍層的多（duō）樣性（xìng）和綜（zōng）合性。大連（lián）理工大學的於同敏、劉貴昌等將Ni－P－PTFE複合（hé）鍍用於UPVC管件（jiàn）模具表麵強（qiáng）化，解（jiě）決UPVC材料對模具表麵的腐蝕有明顯效果，達到模具成型表麵耐磨耐腐蝕等綜合性能要求，但其硬度稍低。為此（cǐ）哈爾濱工業大學的範會玉在Ni－P的基礎上，將PTFE與（yǔ）SiC微粒複合，應用在（zài）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（zuǒ）右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜技術

鍍（dù）膜技術也（yě）就是氣相沉積技術，是將具有特（tè）殊性能的穩定化合物（wù）沉積於模具（jù）工作零件表麵，形成超硬鍍（dù）膜，使模具工作零（líng）件具有（yǒu）優異性能（néng）。工業中使用頻率較高（gāo）的穩定（dìng）化合物主要有（yǒu）TiC、TiN、SiN等。

物理氣相沉（chén）積（PVD）是用物理方（fāng）法使鍍膜材料汽（qì）化後在基體表麵沉（chén）積（jī）成覆蓋層的（de）實用技術（shù）。該技術在20世紀初開始應用，在最近30年發（fā）展迅速，成為了一（yī）門具有廣闊應用（yòng）前景的（de）新技術，並逐（zhú）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（xué）

院應用物理研究所的彭文屹、張德元采用多弧離子鍍膜（mó）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，發現其壽命提高1.5倍以上；廣（guǎng）州有色金屬研究（jiū）院的（de）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（xiáng）細研（yán）究，指出該技術能明顯提高模具的使用壽命和工件加工質量。但是PVD法也（yě）存在著（zhe）諸如繞鍍性差（chà）等缺點（diǎn），對形狀（zhuàng）複雜的模具零件表麵進（jìn）行處理存在（zài）一定限（xiàn）製。

化學氣相沉積（CVD）是在900～2000℃範圍內用化學方法（fǎ）使氣體在基體材料表麵發生化學（xué）反應（yīng）並形成覆蓋層的實用（yòng）技術。該技術沉積（jī）溫度高、塗層結合牢固，對模具零件（jiàn）表麵形狀幾乎沒有要求，諸如形狀（zhuàng）複雜或帶有槽溝及小孔（kǒng）的零件均可（kě）進行均勻塗覆，彌補了物理氣相沉積（jī）的相關缺陷，例如在模具表麵強化中經常使用的TiC塗（tú）層硬度高，耐磨性好，摩擦（cā）因數小，減摩性好，抗咬合性強，大幅度提（tí）高模具的使用壽命。但CVD法存（cún）在處理溫度高，仍需進行淬（cuì）火處（chù）理，會（huì）導致較大變形等缺陷（xiàn），因此在高精（jīng）度（dù）模具的（de）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）是利（lì）用輝光（guāng）放電增（zēng）強反應物化學活性，促進（jìn）氣相間的化（huà）學（xué）反應，在低溫下沉積出優質鍍層的實用技（jì）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（shí）踐證明，經濟效益（yì）非（fēi）常可觀（guān）。重（chóng）慶工（gōng）學院的張葉成（chéng）、張津對PCVD技術在模具強化（huà）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（de）模具壽命提高10倍（bèi）以（yǐ）上（shàng）；將（jiāng）PCVD法用於塑料製品模具上（shàng）可提高模具（jù）壽命1～4倍。北京航空航（háng）天大學（xué）的陶冶教授籌建了PCVD表麵強（qiáng）化技術研究實驗室，自行（háng）設計製造了試驗設備和輔助配套設施，並及時得到了自（zì）然科學基金的資助。項目組研製了基於PCVD複合滲鍍法的模具表麵強化技（jì）術，具有工藝（yì）溫度（dù）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（bù）分低溫回火模具（jù）的製備，是目前唯一一種既適用於刀具強化（huà）又（yòu）適用於形狀複

雜的模具表（biǎo）麵強化的氣相沉積（jī）表麵強化技術。由此可見（jiàn），PCVD技術在模具零件強化領域中的應（yīng）用已經有所成（chéng）就，

並且應用前景非常廣闊。

1.5 高能束流強化技術

高能束流強（qiáng）化技術具有非（fēi）接觸、精確可控、材料適應（yīng）性廣、柔性強、質量優、資源（yuán）節約和環境友好等綜合（hé）優勢，既可用（yòng）於（yú）大批量高效自動化生產（chǎn），又適用於多品種、小批（pī）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（jù）、熱作（zuò）模具和塑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）。有重大應用價值。

2、表麵強化技術在模具製造中的應用前（qián）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（shàn）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（biǎo）麵強化技術過程中，可獲得更加明（míng）顯的（de）效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加入稀土，可使模具型腔麵的耐磨壽命延長近5倍。除此之外（wài），稀土元素在化（huà）學沉積、電沉（chén）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，可見稀土元素應用於模具製造將是今後研究的重要方向。

隨（suí）著納米技術的飛（fēi）速發展，其在提高（gāo）模具的生產（chǎn）率和壽命方麵效果顯著。但該技（jì）術還存在許多不完善的地方，尚有許多工作要做，如：複雜的模具型腔（qiāng）表麵塗層不（bú）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（jié）論

模具工作零件表麵強化技（jì）術可以在（zài）一定程度上彌補目前模具材料（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技（jì）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（kuài）和完善表麵強化技術在模具製造過（guò）程中的應用。

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