模具製造中的表麵強化技（jì）術是（shì）指模具工作零件表麵經預處理後，通過單一或複合表麵（miàn）技術處理，使模具工作零件獲（huò）得所需（xū）表麵或綜合性能的專業強化技術。該技術的功能性、環保性和增效性等優勢在模具製造成本、模具質量和（hé）模具壽命等方麵起著尤為重要的作用。在生產中，綜合考慮（lǜ）該技術的特點、模具（jù）工（gōng）作條件和生產的（de）經濟性等因素，選擇眾因素的最佳匹配點，可顯（xiǎn）著改善模具壽命、質量，獲取（qǔ）突出的經濟效益。

1、表（biǎo）麵（miàn）強（qiáng）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（shèn）碳工藝是一種較常使用（80%以上（shàng））的模具表麵強化技（jì）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（zuò）零件，可（kě）達（dá）到“外硬內韌”的（de）效果，即工作（zuò）零件表（biǎo）麵獲得硬度、

耐磨性、疲勞強度等性能的提升，而心部仍保持（chí）原來的（de）塑韌性、強度，符合對模具工作零件使用性能的要求。具有滲速快、滲層深、成本低，且滲層和基體零件之間具有較（jiào）完美（měi）的結合性能（néng），

結合層之間實現（xiàn）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，從而導致模具變形的可能性加大，因此（cǐ）高精度塑料模具（jù）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（shèn）碳層表麵最（zuì）合理的含碳量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向內碳質量分數梯度應（yīng）均勻平緩（huǎn），淬火組（zǔ）織中（zhōng）不允許有（yǒu）粗條狀馬氏體，過多（duō）殘奧，網狀碳化物和黑色屈氏體（tǐ）。過高的碳質量分數易使模（mó）具零件組（zǔ）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）工過程中易（yì）出現（xiàn）應力集（jí）中，產（chǎn）生龜裂（liè）等現象。

離子滲碳溫度一般為900～960℃，與（yǔ）氣體（tǐ）滲碳比較，離子滲碳具有效率高、變形小（xiǎo）、汙染小、可處理任何形狀的（de）模（mó）具零件表麵（miàn）等優點，更適合在塑料模具和衝壓（yā）模具表麵強化加工中應用。

1.2 火焰表麵熱噴塗技術

熱噴塗技術是一種發（fā）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（děng））將（jiāng）噴塗材料加（jiā）熱到熔融或半（bàn）熔融狀態，並使其霧化，以（yǐ）一定的速度噴（pēn）向經過預處（chù）理的基體（tǐ）表麵，依靠物理變化（huà）和化學（xué）變化，與基體結合的工藝方法，此結（jié）合層，能提高模具零件的耐磨、耐蝕、耐熱等性能，且操作簡便，成（chéng）本較低。近年來，該項技術在模具表麵強化中的（de）應用得到進一（yī）步發展和完善，廣州有色金屬研究院采用超音速噴塗（tú）硬質合金工藝（yì），使Cr12不鏽（xiù）鋼拉深

模的壽（shòu）命提高了3～10倍。同時該技術（shù）應用在（zài）模具（jù）修複中也取（qǔ）得較大進步，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（lín）等采用超音速火焰噴塗（HVOF）技術，在（zài）Cr12MoV模具鋼表麵製備了納米結構（gòu）的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗層平均剪切（qiē）強（qiáng）度達150.8MPa，塗層的結合強度大於80 MPa，塗層硬度高於1000HV。運（yùn）用HVOF技術對冷擠壓模修複後，完全能滿足企業的使用要求。

1.3 複合表麵電鍍技術（shù）

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（lǐ）的技術（shù）。電鍍（dù）硬鉻和硬鎳是我國塑料模具表麵處理的傳統技術。該技術在近室溫下進行（háng），模具性能幾乎不受影響，也不會出現嚴重變形，

同時電鍍（dù）層的表麵粗糙度（dù）較低，硬度升高為800HV。但仍存在諸（zhū）多問題，如：耐蝕性不（bú）高，溝（gōu）槽、深孔無法處理，使其在模具強化中的應用受（shòu）到一定（dìng）限製，目前隻可（kě）用（yòng）於強化普（pǔ）通塑料模具的（de）耐磨性，不適用於形狀複雜且耐蝕性要求高的（de）塑料模具。

目前，複合（hé）鍍是（shì）模具行業中鍍層技（jì）術應用最有活力的（de）領域。複合電（diàn）刷鍍可強化模具型腔表麵，也可用於修複模具型腔表麵。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。複合鍍（dù）層中可加入微粒的品種較多（duō），且參數調整範圍較（jiào）寬，可操作性強，充分體現出鍍層的多樣性和綜合性（xìng）。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（xíng）表麵耐磨耐腐蝕等綜合性（xìng）能要求，但其硬度稍低。為此哈爾濱工（gōng）業大學的範會玉在Ni－P的（de）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中，實踐表明（míng）可使其（qí）壽命（mìng）提高10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵（miàn）鍍（dù）膜技術

鍍膜技術也就是氣相沉積技術，是將具有特殊性能的穩定化合物沉（chén）積於（yú）模具工作零件表麵，形成超硬鍍膜，使（shǐ）模具工作零件具有（yǒu）優異性能。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（PVD）是用物理方法使（shǐ）鍍膜（mó）材料汽化後在基體表麵沉積成覆蓋層的實用技術。該（gāi）技術在20世紀初開始應用，在最近30年發展迅速，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（péng）文屹、張德元采用多弧離子（zǐ）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（mìng）試驗，發（fā）現其壽命提高（gāo）1.5倍以上；廣州有色金屬研究院的林鬆盛、代明江對物理氣相沉積硬質薄膜在工模具上的應用進行了詳（xiáng）細研究，指出該技術能明顯提（tí）高模具的使用壽命和工（gōng）件加工（gōng）質量。但是PVD法也（yě）存在著諸如繞鍍性差等缺點，對形狀複（fù）雜的模具零（líng）件表麵進行處理存在一定限製。

化學氣相沉積（CVD）是在900～2000℃範圍內用化學方法使氣體在基體材料表麵（miàn）發生化學反應並形成覆蓋層的（de）實用技術。該技術沉積溫度高、塗層結合牢固，對模具（jù）零件表麵形狀（zhuàng）幾乎（hū）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（tú）覆（fù），彌補了物理氣（qì）相（xiàng）沉積（jī）的相關缺陷，例如在模具（jù）表麵強化中經常（cháng）使（shǐ）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（qiáng），大幅度提高（gāo）模具的使用（yòng）壽命。但CVD法存在處理溫度高，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（zhì）造中此技（jì）術的使用受到一定限製（zhì）。

等離子增強化學氣相沉積（PCVD）是利用輝光放電增強反應物化學活性，促進（jìn）氣相間的化學（xué）反應，在低（dī）溫下沉積出優（yōu）質鍍層的實用技術，是介（jiè）於CVD和PVD之間的一種處理方（fāng）法。用PCVD法將塗層鍍（dù）覆（fù）在模具工作零（líng）件表麵，經實踐證明，經濟效益非常可觀。重慶工學院的張葉成、張津對PCVD技術在模具強化中的應用進行研究，發現利用PCVD技（jì）術在W18Cr4V冷擠壓（yā）模具（jù）上沉積一層TiC，比（bǐ）無（wú）沉積膜層的（de）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（tí）高模具（jù）壽命1～4倍。北京航空航天大學的陶冶教授籌建了PCVD表麵強化技術研究實驗室，自行設計製造了試驗設備和（hé）輔助配套設施，並及時得到了自然科學基金的資助。項目組研製了基（jī）於PCVD複合滲鍍法的模具表麵（miàn）強化技（jì）術，具有工藝溫度低、均鍍性好和鍍層結合力（lì）高等優點，適用（yòng）於所有高溫回火模具和部分低（dī）溫回（huí）火（huǒ）模具的（de）製備，是目前唯一一（yī）種既適用於刀具強化又適（shì）用於形狀複

雜的模具表麵強化的氣相（xiàng）沉積表麵強化技術。由此可見，PCVD技術（shù）在（zài）模具零件強化領域（yù）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（qiáng）化技術

高能（néng）束流強化技術具有（yǒu）非接觸、精（jīng）確可（kě）控、材料適應（yīng）性廣、柔性強、質量優、資源節約和環境友好等綜合優勢（shì），既可用於大批量高（gāo）效自動（dòng）化生產，又適（shì）用於多品種（zhǒng）、小批量加（jiā）工，甚至個性化產品的訂製，是模具製造業中不可缺少的重（chóng）要技術。其中，離子注入技術以其幾乎完美的強化效果在冷作模具、熱作模具和塑料模具等領域中（zhōng）得到廣泛應用，其平均壽命一般可提高2～10倍。有重大應用價值。

2、表麵強化技術（shù）在模具製造中的應用前景展望

根據研（yán）究，稀土元素可以強化表麵，提（tí）高滲速，淨化穩定晶界，同時改善模具零件表麵組織、物理化學性能（néng）和機械加（jiā）工性能。把稀土元素應用在複合表（biǎo）麵強化技（jì）術過程中，可獲得更加明顯的效果（guǒ）。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加入稀土，可使模具型（xíng）腔麵的耐磨壽（shòu）命延長近（jìn）5倍。除此之外，稀土元素在（zài）化（huà）學沉積、電沉積、噴（pēn）塗和激光塗覆等方（fāng）麵都具有明顯的改善作用，但（dàn）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（hòu）研究（jiū）的重（chóng）要方向。

隨著（zhe）納米技術的飛速發展，其（qí）在提高模具的生產率和（hé）壽（shòu）命方麵效果顯（xiǎn）著。但該技術還存在許多不完善的地方，尚有許（xǔ）多工作要做，如：複雜的模具型腔表麵塗（tú）層不（bú）均勻、沉積參數不明確、針對（duì）模具（jù）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（shù）可以在一定程度上彌補目前模具材（cái）料的一些不足，並已顯（xiǎn）現出極強的發展潛力，但就目（mù）前的模具零件表麵強化技術而言（yán），仍存在一些不（bú）足，其應用也受到一（yī）定（dìng）限製，隻要注重研（yán）究開發，一定會加快和完（wán）善表麵強化技術在模具製造過程中的應用。

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