模具製造中的表麵強化技術是指模具工作零（líng）件表麵經預（yù）處理後，通過單一（yī）或複合表麵技（jì）術（shù）處理，使模具工作（zuò）零件獲得所（suǒ）需表麵或綜合性能的（de）專業強化技（jì）術。該技術的功（gōng）能性、環保性和增效性等優勢在模具製造成本、模具（jù）質量和模具壽命（mìng）等（děng）方麵起著尤為重要的作用。在（zài）生產中，綜合考慮該技（jì）術的特點（diǎn）、模具工作條件和生產的經濟性等因素，選擇（zé）眾因素的最佳匹配點，可顯著改（gǎi）善模具壽命、質量（liàng），獲取突出的經濟效益。

1、表麵強化（huà）技術在模具製造中的應（yīng）用現狀

1.1 滲碳表麵化學熱處理

滲（shèn）碳工（gōng）藝是一種較常（cháng）使用（80%以上）的模具表麵強化（huà）技術，該工藝主要針對（duì）塑料模具型腔的表麵（miàn）強化。經滲碳處理後的（de）模具工作零件，可達到（dào）“外硬內韌”的（de）效果，即工作零件表（biǎo）麵獲得硬度（dù）、

耐磨性、疲勞強度等性能的提升，而心部仍（réng）保持（chí）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（chéng）本（běn）低，且（qiě）滲層（céng）和基體零件之間具有較完美（měi）的結合性能，

結合層之間實現平穩過渡。但（dàn）操作溫度較高（900～950℃），尤其是離（lí）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（gāi）項技術。

氣（qì）體（tǐ）滲碳（tàn）溫度一般為（wéi）920～950℃，經王榮濱試驗綜合評定：滲碳層（céng）表麵最合理的（de）含碳（tàn）量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向內碳（tàn）質（zhì）量分數梯度應均勻平緩，淬火組織中不允許有粗條狀馬氏體，過多殘（cán）奧，網狀碳化物和黑色屈氏體。過高（gāo）的碳質（zhì）量分數易使模具零件組（zǔ）織中出現網狀碳化物（wù）等惡性組織，影響模具質量和壽命，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（dù）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（rǎn）小（xiǎo）、可處理任何形狀的模具零件表麵等優點，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（rè）噴塗技術

熱噴塗（tú）技術是一種發展極為迅速的表麵強化新技術，它是利用熱（rè）源（yuán）（電弧、離子弧、火焰等）將噴塗材料加（jiā）熱到熔融或（huò）半熔融狀態（tài），並使其霧化，以一定的速度噴向經過預處理的基體表麵，依（yī）靠物理變化和化學變化，與基體結合（hé）的工藝方法，此結合層，能提高模具零件的耐磨、耐蝕、耐熱等性能，且操作簡便，成本較低。近年來，該項技術在模具表麵強（qiáng）化中的應用得到進一步發展和完善，廣州有色金屬研（yán）究院（yuàn）采用超音速噴塗（tú）硬質合金工藝，使（shǐ）Cr12不鏽鋼拉深

模的壽命提高了3～10倍（bèi）。同時該技術應（yīng）用在模具修複中也（yě）取得較大進步（bù），如華（huá）中科技大學材料成形與模具技術國家重點實（shí）驗室（shì）的張祥林等采用超音速火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼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度達150.8MPa，塗（tú）層的（de）結合強度大於80 MPa，塗（tú）層硬度高於1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓模修複後，完全能（néng）滿足（zú）企業的使用（yòng）要求。

1.3 複合（hé）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金屬或金屬（shǔ）化處理的技術。電鍍硬鉻和硬鎳是我國塑料模具（jù）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（xiǎng），也不會出現嚴重變形，

同時電鍍層的表麵粗（cū）糙度較低，硬度（dù）升高為800HV。但（dàn）仍存在諸多問（wèn）題，如：耐（nài）蝕性不高，溝槽、深孔無法處理，使（shǐ）其在模具強化中的應用受到一定限製，目前隻可用於強化普（pǔ）通塑料模具的耐（nài）磨性，不適用於形狀複雜且（qiě）耐蝕性要求高的塑料模具。

目（mù）前（qián），複合鍍是模具行業中鍍（dù）層技術應用最有活力的領域。複合電刷鍍可強化模具型腔（qiāng）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。複合鍍層（céng）中可加（jiā）入微粒的品種較多，且參數調整範圍較寬，可操作性強，充（chōng）分體現出鍍層的多樣性和綜合性。大連理工大（dà）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（jiě）決UPVC材料對模具表麵（miàn）的腐蝕有明顯效果（guǒ），達到模具成型表（biǎo）麵耐磨耐腐蝕等（děng）綜合性能（néng）要求，但其硬度（dù）稍低。為此（cǐ）哈爾濱工業大學的範會玉在Ni－P的基（jī）礎上，將PTFE與SiC微粒複合，應用在（zài）玻璃纖維增強的塑料成型模具（jù）中，實踐表明可使其壽命提高10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表（biǎo）麵鍍膜（mó）技術

鍍膜技（jì）術也就是氣相沉積技術，是（shì）將具（jù）有特殊（shū）性能的穩定化合（hé）物沉積於模具工作零件表麵，形成超硬鍍（dù）膜，使模具工（gōng）作（zuò）零件（jiàn）具有優異性能。工業中使（shǐ）用頻率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（wù）理方法使鍍（dù）膜材料汽化後在基體表（biǎo）麵沉積成覆蓋層的實用技術。該技術在20世紀初（chū）開始應用，在最近30年發展迅速（sù），成為了一門具有（yǒu）廣闊應用（yòng）前景（jǐng）的新技術，並逐漸（jiàn）向環保型、清潔型趨勢（shì）發展（zhǎn），主要用於製造精度較（jiào）高的冷（lěng）作模具。江（jiāng）西省（shěng）科學

院應用（yòng）物理研（yán）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（chù）理的冷（lěng）擠壓凸模進行實際使用壽命（mìng）試驗（yàn），發（fā）現其壽命提高1.5倍以上；廣州有色金屬研究院的林鬆盛、代明江對物理氣相（xiàng）沉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（shù）能明顯提高模具的（de）使用壽命和工件加工質量。但（dàn）是PVD法也存在著諸如繞鍍性差等缺點，對（duì）形狀（zhuàng）複雜的模具零（líng）件表麵進行處理存在一定限製。

化學氣相沉（chén）積（CVD）是（shì）在900～2000℃範圍內用化學方法使氣體在基體材料（liào）表麵發生化學反（fǎn）應並形成覆蓋層的實用技術。該技術沉積溫度高、塗層結合牢固，對模具（jù）零件表麵形狀幾乎沒有要求，諸（zhū）如形狀複雜或帶有槽溝及小孔的零件均可進行均（jun1）勻塗覆，彌補了物理（lǐ）氣相沉積的相關缺陷，例如在模具表麵強化中經（jīng）常使用的TiC塗（tú）層硬度高（gāo），耐磨性好，摩擦（cā）因數小，減摩性（xìng）好，抗咬合性強，大幅度提高模（mó）具的使用壽命。但CVD法存在處理（lǐ）溫度高，仍需進行淬火處（chù）理，會導致（zhì）較大變形等缺陷，因此在高精度模具的製造中此技（jì）術的使用受到一定限製（zhì）。

等離子增（zēng）強化學（xué）氣相沉積（PCVD）是利用輝光放電增強反應物化學活性，促（cù）進氣相間的化學反應，在低溫下沉積出優質鍍層的實用技術，是介於CVD和PVD之間的一種（zhǒng）處理方法（fǎ）。用PCVD法將塗（tú）層鍍覆在模具工（gōng）作零件表麵，經實踐證（zhèng）明，經濟效益（yì）非常可觀。重慶工學院的張葉成、張津對PCVD技術在模具強（qiáng）化中的應用進行研究，發現利用（yòng）PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模具上（shàng）沉積一層TiC，比無沉（chén）積膜層的模具壽命提高10倍以上；將PCVD法用於（yú）塑料製品（pǐn）模具上可提高模具壽命1～4倍。北京航空航天大學的（de）陶冶教授籌建了PCVD表麵（miàn）強化技術研究實（shí）驗室，自行設（shè）計製造了試驗設備和輔助（zhù）配套設（shè）施，並及時得（dé）到了自然科學基金的資助。項目組研製（zhì）了基於PCVD複合滲鍍法的模具表麵強（qiáng）化技術，具有工藝溫度低、均（jun1）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（hé）部（bù）分低溫回火模具的（de）製備（bèi），是目前唯（wéi）一（yī）一種既適用於刀具強化又適用於形狀複

雜的模具表麵強化的氣相沉積表麵強化技術。由此可（kě）見（jiàn），PCVD技術在模具零件強化領域中的（de）應用已經有所（suǒ）成就，

並（bìng）且應用前（qián）景非常廣闊。

1.5 高能束流強化技術（shù）

高能束流強化（huà）技（jì）術具有非（fēi）接觸、精（jīng）確可控、材料適應性廣、柔性強、質（zhì）量優、資（zī）源節約和環境友好等綜合優勢（shì），既可用於大批量高效自動化生產，又適用於多品種、小批量加工，甚至（zhì）個性化產品的（de）訂製，是（shì）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（qí）幾乎完美的強化效果在冷作（zuò）模具、熱作模具（jù）和塑料（liào）模具等領域中得到廣泛應用，其平均壽命一般可提高2～10倍。有重大（dà）應用（yòng）價值。

2、表麵強化技術在模（mó）具製造中的應用前景展望

根據研究，稀土元素可以強化表麵，提高滲速（sù），淨化穩定晶界，同（tóng）時改善模具零件表麵組織、物理化學性能和機械加工（gōng）性能。把稀土元（yuán）素應用在（zài）複合表麵強化（huà）技術過程中（zhōng），可獲（huò）得（dé）更加明顯的效果。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，稀土元素在化學沉積（jī）、電沉積、噴塗和激光塗覆等方麵都具有（yǒu）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（mó）具製造將是今後研究的重要方向。

隨著（zhe）納米技術的飛速發展，其在提高模具的生產率和壽命（mìng）方麵效果顯著。但該技術還存在許多不（bú）完善（shàn）的地方，尚有許（xǔ）多工作要做，如：複雜的模具型腔表麵塗層不均勻、沉積參數不明確、針對（duì）模具零件表麵強化（huà）機理（lǐ）未明等問題。

3、結論

模具工作零件表麵強化技（jì）術可以（yǐ）在一定程度上彌補目（mù）前模具材料的一些不足（zú），並已顯現出極強的發展（zhǎn）潛力，但就目前的模具零（líng）件表麵強化技術而（ér）言，仍存在一些不足，其應用也受到（dào）一定限製，隻（zhī）要注重研究（jiū）開發，一定會加快（kuài）和完善表麵強化技術在模具製造過程中的應（yīng）用。

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文章關鍵詞：注（zhù）塑模具工作零件表麵強化（huà）技（jì）術應用研究