模具製造中的表麵強化技術是指模具工作零件表麵經預處理後，通過單一或複合表（biǎo）麵技術處理，使模具工（gōng）作零件獲得所需表麵或綜（zōng）合性能的專業（yè）強化技（jì）術。該技術的功能性、環保性和增效性等優勢在模具（jù）製（zhì）造成本、模具質量和模（mó）具壽命等方麵起著尤為重要的作用。在生產中，綜合（hé）考慮該技術（shù）的特點、模具工作條件和生產的經濟性等因素，選擇眾因素的最佳匹配點，可（kě）顯著（zhe）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（yòng）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）的模具表麵強化技術（shù），該工藝主（zhǔ）要針對塑料模具型（xíng）腔的表麵強化。經滲碳處理（lǐ）後的模具工作零件（jiàn），可達到（dào）“外硬內韌”的效果，即工作零件表麵獲（huò）得硬度、

耐磨（mó）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要求。具有滲速（sù）快、滲層深、成本低（dī），且滲層和基（jī）體（tǐ）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。但操作溫度較高（900～950℃），尤其是離子滲碳溫度可達1100℃，且（qiě）滲碳後還需進行相應的熱處理，從而（ér）導致模（mó）具變形的（de）可能性加大，因此高精度塑料模具不建議（yì）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：滲碳層表麵最合理的含碳量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由（yóu）外向內（nèi）碳質量分（fèn）數梯度應均勻平緩，淬火組（zǔ）織中不允許有粗（cū）條狀馬氏體（tǐ），過多殘奧，網狀碳化物和（hé）黑色屈氏（shì）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，在後續加（jiā）工過（guò）程中易出現應（yīng）力集中，產生龜（guī）裂等現象。

離子滲（shèn）碳溫度一般為900～960℃，與氣（qì）體滲碳比較，離子滲碳具有效率高、變形小、汙染小、可處理（lǐ）任何形狀的模具零件（jiàn）表麵等優（yōu）點（diǎn），更適合在塑料模具和衝壓模具表麵強化加工中應用。

1.2 火焰表麵熱噴塗技術

熱噴塗技術（shù）是（shì）一種發展極為迅速的表麵強化新（xīn）技術，它是利用熱源（電弧、離子弧、火焰等）將噴塗材（cái）料（liào）加熱到熔融或半熔融狀態，並使其霧化，以一定的速度噴向經過預處理的（de）基體表麵，依靠（kào）物理變化和化學變化，與基體結合的工藝方法，此結合層，能（néng）提高模具零件的耐磨（mó）、耐蝕、耐熱等（děng）性能，且操作簡便，成本較低（dī）。近年來（lái），該項技術在模具（jù）表麵強化中的應用得到進一步發展和完善，廣州有色金屬研究院采用超（chāo）音速噴塗硬質合金工藝，使Cr12不鏽鋼拉深

模（mó）的壽命提高了（le）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（dà）學材料（liào）成形與模（mó）具技術國家（jiā）重點實驗室的張祥（xiáng）林等采用超音速火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模（mó）具鋼表麵製備了納米結構的WC12Co金屬陶瓷（cí）塗層，測得塗層平均剪切強度達150.8MPa，塗層的結合強度大於80 MPa，塗層硬度高於1000HV。運用（yòng）HVOF技術對冷擠壓模修複後，完全能滿足企業的使用（yòng）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積（jī）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（de）傳統（tǒng）技術。該技術在近室溫下進行，模具性能幾乎不受影（yǐng）響，也不會出現嚴（yán）重變形，

同時（shí）電鍍層的表麵粗糙度較低，硬（yìng）度升高為800HV。但仍存在諸多問（wèn）題，如：耐（nài）蝕性不高，溝槽、深孔無法處理，使其（qí）在模具強化中的應用受到一定限製，目（mù）前隻可用於強化普通塑料模具的耐磨性，不適用於形狀複雜（zá）且耐蝕性要求高的塑料模具。

目（mù）前，複合鍍（dù）是模具（jù）行業中鍍層技術應用最有活力的領域。複合電刷鍍可強化模（mó）具型腔表麵，也可用於修複模具型腔表麵。研究發現，在模具（jù）型腔（qiāng）表麵刷（shuā）鍍非晶態鍍層（0.01～0.02mm），可延長壽命0.5～1.0倍。複合鍍層（céng）中可（kě）加入微粒的品種較多，且參數調整範圍較寬，可（kě）操作性強，充分體現出鍍層的多樣性（xìng）和綜合性。大連理工大學的於同敏、劉貴昌（chāng）等將Ni－P－PTFE複合（hé）鍍用於（yú）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，達到模具成型表麵耐磨（mó）耐腐蝕等綜合性能要求，但其硬度（dù）稍低。為此哈爾濱工業大學的範會（huì）玉在Ni－P的基礎上（shàng），將PTFE與SiC微粒複合，應用在玻璃纖維（wéi）增強的塑料（liào）成型模具中，實踐表明可使（shǐ）其壽命提高10倍左右（yòu）。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜技術

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

物理氣相沉積（jī）（PVD）是用（yòng）物理方法（fǎ）使鍍膜材料汽化後在（zài）基體表麵沉積成覆蓋層的實用技術。該技術在20世紀（jì）初開始應用，在最近30年發（fā）展迅速，成為了（le）一門具（jù）有廣闊應用前景的新技術，並逐漸（jiàn）向環保型、清潔型趨勢發展，主要用於（yú）製造精度較高的冷作模具。江西省科學

院應用物（wù）理研究所的彭（péng）文屹、張德元采用（yòng）多弧離子鍍（dù）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，發現其壽命提高1.5倍以上；廣州有色金（jīn）屬研（yán）究院的林（lín）鬆盛、代明江對物理氣相沉（chén）積硬質薄膜在工模具上的應用（yòng）進行了詳細研究，指出該技術能明顯提高模具的使用壽命和工件加（jiā）工（gōng）質量。但是PVD法也存在著諸如繞鍍性差等缺點，對形狀複雜的（de）模具零件（jiàn）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（nèi）用化學方法使氣（qì）體在基體（tǐ）材（cái）料表麵（miàn）發生化學反應並形成覆蓋層的實用技術。該技術沉積（jī）溫度高、塗層結合（hé）牢固，對模具零件表麵形（xíng）狀（zhuàng）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（fù），彌補了物理氣相沉積的（de）相關缺陷，例如在模具表麵強（qiáng）化中經（jīng）常使用的TiC塗層硬度高，耐磨性好，摩擦因數小，減摩性好，抗咬合性強，大幅度提高模具的使（shǐ）用壽（shòu）命。但CVD法存在（zài）處理溫度高（gāo），仍需進行淬火處理，會導致較大（dà）變形等缺陷，因此在高精度模具的製造中此技術的使用受到一定限製。

等離子增強化學氣相沉積（jī）（PCVD）是利用輝光放電增強反應物化（huà）學活性，促進氣相間的化學反應，在低溫下沉積出優（yōu）質鍍層的實用技術，是介於CVD和PVD之間（jiān）的一種處理方（fāng）法。用PCVD法（fǎ）將塗層（céng）鍍覆在模具工作零件表麵，經實踐證（zhèng）明，經濟（jì）效益非常可觀。重慶工學院（yuàn）的張葉成、張津對PCVD技術在模具強（qiáng）化中的應用進行（háng）研究，發現利用PCVD技術在（zài）W18Cr4V冷擠（jǐ）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；將PCVD法用於塑料製品模具上可提（tí）高模具壽命1～4倍。北京（jīng）航空航天大學的陶冶教授籌建了PCVD表麵（miàn）強化（huà）技術（shù）研究實驗室，自行設計製造了試驗設備和輔助（zhù）配套設施，並（bìng）及時得到了自然科學基金（jīn）的資助。項目組研製（zhì）了基於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力高等優點，適用於所有高溫回火模具（jù）和部（bù）分低溫回火模具的製備，是目前唯一一種既適用於刀具強化（huà）又適用於形狀複

雜的模具表麵強化的氣相沉積表麵（miàn）強（qiáng）化技術。由此可見，PCVD技術在模具零件強化領域（yù）中（zhōng）的應（yīng）用已經有所成就，

並且應用前景非常廣闊（kuò）。

1.5 高能束流強化技術

高能束流強化技（jì）術具有非接觸、精確可控、材料適應性廣、柔性強、質量優（yōu）、資源節約和環境友好等綜合（hé）優勢，既可用於大（dà）批量（liàng）高效自動化生產，又適用於多品種、小批量加工，甚至個性化產品的訂製（zhì），是（shì）模具製造業中不（bú）可缺（quē）少的重要技術。其中，離子注入技術以（yǐ）其幾（jǐ）乎完美的強化效果在冷作模具、熱作（zuò）模具和（hé）塑料模具（jù）等領域中得到廣泛應用，其平均壽命一般可提高2～10倍。有重（chóng）大應用（yòng）價值。

2、表麵強化（huà）技術在模具（jù）製造中的應用前景展望

根據研究，稀土元素可以強化（huà）表麵，提高（gāo）滲速，淨化穩定晶（jīng）界，同時改善（shàn）模具零件表麵組（zǔ）織、物理化學性（xìng）能和機械加工性能。把（bǎ）稀土元素應用在（zài）複合表麵強化技術過程中，可獲得更加明顯的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層（céng）中加入稀土，可使模具型腔麵的耐（nài）磨壽命延長近5倍。除此之（zhī）外，稀土（tǔ）元素在化學沉積、電沉積（jī）、噴塗和激光塗覆等方麵都具有明顯的改善作用，但效（xiào）果尚不十分穩定，可見稀（xī）土元素應用於模具（jù）製造將是今後研究的重要方（fāng）向。

隨著（zhe）納米（mǐ）技術的飛速發展，其在提高模具的生產率（lǜ）和壽命方（fāng）麵效果顯著。但（dàn）該技（jì）術還存在許多不完善（shàn）的地方，尚有許多工（gōng）作要做，如：複雜的模（mó）具型腔表麵塗層不均勻、沉積參數不明確、針對模具零件表麵強化機理未明（míng）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（xiē）不足，並已顯現出極強（qiáng）的（de）發展潛力，但就目（mù）前的模具零件表麵強化技（jì）術而言，仍（réng）存（cún）在一些不足，其應用也（yě）受到一定限製，隻要注重研（yán）究（jiū）開發（fā），一定會加快和完善（shàn）表麵強化技術在模（mó）具製造過程中（zhōng）的應（yīng）用。

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