模具製造中的表麵強（qiáng）化技術是指模具工作（zuò）零件表麵經預處（chù）理後，通過單一或複合表麵技（jì）術處理，使模具工作零件獲得所（suǒ）需表麵或綜合性能的專業（yè）強（qiáng）化技術。該技術的功能性、環保性和增（zēng）效性等優勢在（zài）模具製造成本、模具質量和（hé）模具壽命等方麵起著尤為（wéi）重要的作用。在生產中，綜合（hé）考（kǎo）慮該技術的特點、模具工作條件和生產的經濟性等因素，選擇眾因素（sù）的最佳（jiā）匹配點，可（kě）顯著改善模具壽命、質量，獲取突出的經濟效益。

1、表麵（miàn）強化技術在模具製造中的應用現狀

1.1 滲碳（tàn）表麵化學熱處理

滲碳工藝是一種較常使用（yòng）（80%以上）的（de）模具表（biǎo）麵強化技術，該工藝主要針對塑料模具型腔的表麵強化。經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（yìng）度、

耐（nài）磨性、疲勞強度等性能的提升，而心部仍保持原（yuán）來的塑韌性、強度，符合（hé）對模具工作零件使用性能的要求。具（jù）有滲速快、滲層深、成本低，且滲層和基體零件之間具（jù）有較完美的結合性能，

結合（hé）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℃，且滲碳後還需進行相應的熱處理，從而導致（zhì）模具變形的可能性（xìng）加大，因此高精（jīng）度塑料模具不建議采用該（gāi）項（xiàng）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（hé）理的含碳量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向內碳質量分數梯度應均（jun1）勻平緩，淬火組織中（zhōng）不允許有（yǒu）粗（cū）條狀（zhuàng）馬氏（shì）體，過多殘奧，網狀碳化物（wù）和黑色屈（qū）氏體。過高的碳質量分數（shù）易使模具零件組織（zhī）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）續加工過程中易出現應力集中，產生龜裂等現象（xiàng）。

離（lí）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（hé）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化加（jiā）工中應用。

1.2 火焰（yàn）表麵熱（rè）噴塗技術

熱噴塗技術是一種發展極為迅速的表麵強化（huà）新技術，它是利用熱源（電弧、離子弧、火焰等）將噴（pēn）塗材料加熱（rè）到熔融或半熔融狀態，並使其霧（wù）化，以一定的速度噴向經過預處理的基體表麵，依靠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（jiàn）的（de）耐磨、耐蝕、耐熱等性能，且操作簡便，成本較低。近年（nián）來，該項技術在模具表麵強（qiáng）化中的（de）應用（yòng）得到進一步發展和完善，廣州有色金屬研究院采用超音速噴塗硬質合金工藝，使Cr12不鏽鋼拉深

模的壽命提高了3～10倍。同時該技術應用在模具修複中也取得較（jiào）大進（jìn）步，如華中科技大學（xué）材料成形與模具技術國家重點實驗室的張祥林等（děng）采用超音速火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵（miàn）製備了納米結構的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗層平均剪切強度達150.8MPa，塗層的結（jié）合（hé）強度大於80 MPa，塗層硬度（dù）高於1000HV。運（yùn）用HVOF技術對（duì）冷擠壓模（mó）修複後（hòu），完全能滿（mǎn）足企業的使用要求。

1.3 複（fù）合表麵電鍍技術

電鍍（dù）技術是一種用電（diàn）化學方法在（zài）基（jī）體表麵沉積金屬或金屬化處理的技術。電鍍硬鉻和硬鎳（niè）是我國塑料模具表麵處理的傳統技術。該（gāi）技術在近室溫下進行，模具（jù）性能幾（jǐ）乎不受影響，也不會出現嚴重變形，

同時電鍍層的表麵粗糙度（dù）較低，硬度升高為800HV。但仍存在諸多問題（tí），如：耐蝕性不高，溝槽、深孔無法處理，使其（qí）在模具強化中的應用受（shòu）到一定限製，目（mù）前隻可用於強化普通（tōng）塑料模具的耐磨（mó）性，不適用於形狀複雜且耐蝕性要求高的塑（sù）料模具。

目前，複合（hé）鍍是模具行業中鍍層技術應用最有活力（lì）的領域。複合電刷鍍可強化模具型腔表麵（miàn），也可用（yòng）於修複模具（jù）型（xíng）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，可操作性強，充分體現出鍍層的多樣性和綜（zōng）合（hé）性。大連理工大學的（de）於同敏、劉貴昌（chāng）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（fǔ）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（yìng）度稍低。為此哈爾濱工業大學的範會玉在Ni－P的基礎（chǔ）上，將PTFE與SiC微（wēi）粒複合，應用在玻璃纖維增強的塑料成型模具（jù）中，實踐表（biǎo）明可使其壽命（mìng）提高（gāo）10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜技術

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（dìng）化合物沉積於模具工（gōng）作零件（jiàn）表麵，形成超硬鍍膜，使模具工作零件具有優異性能。工業中使用頻率較高的穩定化合物主要（yào）有TiC、TiN、SiN等。

物理氣相沉積（PVD）是用物理方法使鍍膜材料汽化後在基體表麵沉積成覆蓋層的實（shí）用技（jì）術。該（gāi）技術在20世紀（jì）初開（kāi）始應用，在最近30年發展迅速，成為了一門具有（yǒu）廣闊應用前景的新技術，並逐漸向環（huán）保型、清潔型趨勢（shì）發展，主要（yào）用於製造精度較高的冷作（zuò）模具。江西省科學（xué）

院應用（yòng）物（wù）理研究所的彭文屹、張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行實際使用壽命試（shì）驗，發現其壽命（mìng）提高1.5倍以上；廣（guǎng）州（zhōu）有色金屬研究院的林鬆盛、代明江對物理（lǐ）氣相沉積硬質（zhì）薄膜在工模具上的應用（yòng）進行了（le）詳細研究（jiū），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法也存在著諸如繞鍍性差等缺點，對形狀複雜的模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（fàn）圍內用化學方法使氣體（tǐ）在基體材料表麵發生化學（xué）反（fǎn）應並形成覆蓋層的實用技術。該技術沉積溫度高（gāo）、塗層結合牢固，對模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（jun1）可進行均勻塗（tú）覆，彌補了物理氣相沉積的相關缺陷，例如在模具表麵（miàn）強化中經常使用（yòng）的TiC塗層硬度高，耐磨性好，摩（mó）擦因數小，減摩性好，抗咬合性強，大幅度提高模具的使用壽命。但（dàn）CVD法存在處理溫度高（gāo），仍需進行淬火處理，會導致較大變形等缺陷（xiàn），因此在（zài）高精度（dù）模具的製造中此技術的使用受到一定（dìng）限製。

等離子（zǐ）增強化學氣相沉積（PCVD）是利用輝光放（fàng）電增強反應（yīng）物化學活性，促進氣相間的化學反應，在低溫下（xià）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（lǐ）方法。用PCVD法將塗層鍍覆在模具工作（zuò）零件表麵，經實踐（jiàn）證明（míng），經（jīng）濟效益（yì）非常可觀。重慶工學院的（de）張葉成、張津對PCVD技（jì）術在模（mó）具強化中的應（yīng）用進行研究，發（fā）現（xiàn）利用PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模具上（shàng）沉積一層TiC，比無沉積膜層的模具壽命提高10倍（bèi）以上；將PCVD法用於塑料製品模具上可提高模具壽命（mìng）1～4倍。北京航空航天大學的陶冶教授（shòu）籌建了PCVD表麵強化技術研究實驗（yàn）室，自行設計製造了試驗設備和輔助配套設施，並及時得到了自然科（kē）學基金的（de）資助。項（xiàng）目組研製了基於PCVD複（fù）合滲鍍法的模具表麵強化技術，具（jù）有（yǒu）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（huǒ）模具（jù）和部分低溫回火模（mó）具的製備，是目前（qián）唯一一種既適用於刀具強化又適用於形狀複（fù）

雜的模具表麵強化的氣相沉積表麵強化技術。由此（cǐ）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（huà）技術具有非接觸、精確可控、材料適應（yīng）性（xìng）廣、柔性強、質量優、資源節約和環境友好等綜合優勢，既可用於大批量高效自動化生產（chǎn），又適用於多品種、小批量（liàng）加工，甚（shèn）至個性化產（chǎn）品的訂製，是模具製造業中不可缺少的重要技術。其中，離（lí）子（zǐ）注入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（liào）模具等領（lǐng）域中得到廣泛應用，其平均壽命一般可提高2～10倍。有（yǒu）重大應用價值。

2、表麵強化（huà）技術在模具製造中（zhōng）的應用（yòng）前景展（zhǎn）望

根據研究，稀（xī）土元素可以強化（huà）表麵，提高滲速，淨化穩（wěn）定晶界，同時改善模具零件表麵組織、物理（lǐ）化學性能和機械（xiè）加工性能。把稀土元素應用在複合表麵強化技術過程中，可獲得更加（jiā）明顯的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加入（rù）稀（xī）土，可使模具型腔麵的（de）耐磨壽命（mìng）延長近5倍。除此之外，稀土元素在（zài）化（huà）學沉積、電沉積、噴塗（tú）和激光塗覆等方麵都具有明顯的改善作（zuò）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（de）飛速（sù）發展，其在提（tí）高模具的生產率和壽命方麵效果顯（xiǎn）著。但該技術還存在許多不完善的地方（fāng），尚有許多工作要做，如：複雜的模具型腔表麵塗層不均勻、沉（chén）積參數不明確、針對（duì）模具零件表麵強化機理未明等問題。

3、結論

模具工作（zuò）零件表（biǎo）麵（miàn）強化技術可以在一定程（chéng）度上彌（mí）補目（mù）前（qián）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）具零件表麵強化技（jì）術而言，仍存在一些不足，其應用也（yě）受到一定限製，隻（zhī）要注重研究開發，一定（dìng）會加快和（hé）完善（shàn）表麵（miàn）強化技術在模具製造（zào）過程中的應用。

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