模具製（zhì）造中的表麵強化技（jì）術是指模具工作零（líng）件表麵經預處理後（hòu），通過單一或複合表麵（miàn）技術處（chù）理，使模具工作零件獲得所需表麵或綜合性（xìng）能的專業強化技術。該（gāi）技術的功能性、環保性和增效性等優勢在模具製造成本、模具質量和模具（jù）壽命等方（fāng）麵起著尤為重要的作（zuò）用。在生產中，綜合考慮（lǜ）該技術的特點、模具工作條件和生產的經濟性等因素（sù），選擇眾因（yīn）素的最佳匹配點，可顯（xiǎn）著改善模具壽命、質量，獲取突出的經濟效（xiào）益。

1、表麵強化技（jì）術（shù）在（zài）模具製造中（zhōng）的應用現狀

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，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（líng）件，可達到“外硬（yìng）內韌”的效果，即工作零件表（biǎo）麵獲得硬度、

耐磨性、疲勞強度等性能的提（tí）升，而（ér）心部仍保持原來的塑韌性、強度，符合對模具工作零件使用（yòng）性（xìng）能的要求（qiú）。具有滲速快、滲層深（shēn）、成（chéng）本低，且（qiě）滲層和基體零（líng）件之間具有較完美的結（jié）合性能，

結合層之間實（shí）現平穩過渡。但操作（zuò）溫度較高（900～950℃），尤其是離子（zǐ）滲碳溫度可達1100℃，且（qiě）滲碳後還需進行相應的熱處理，從（cóng）而導致模（mó）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（shù）。

氣（qì）體滲碳（tàn）溫（wēn）度（dù）一般（bān）為920～950℃，經王（wáng）榮濱試驗綜合評（píng）定：滲碳層表麵最合理的含碳量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向內碳質量分（fèn）數梯（tī）度應均勻平緩（huǎn），淬火（huǒ）組織中不（bú）允許有粗條狀馬氏體，過（guò）多殘奧，網狀碳化（huà）物和黑色屈氏體。過高的碳質量分數易使模具零件組織中出（chū）現網狀碳化物等惡性組織，影響模具質量和壽命，在後續加工過程中易出現應力（lì）集中，產生龜裂等現象。

離子滲碳溫度一般為900～960℃，與氣體滲碳比較，離子滲（shèn）碳具有效率高（gāo）、變形小、汙染（rǎn）小、可處理任何形狀的模具零（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工中應（yīng）用。

1.2 火焰（yàn）表麵熱噴（pēn）塗技術

熱噴塗技術是一（yī）種發展極為迅速的表麵強化新技（jì）術，它是利用熱源（電弧、離子弧（hú）、火焰等）將噴塗材料加熱（rè）到熔融或半熔融狀態，並使其霧化，以一定（dìng）的速度噴向（xiàng）經過預處（chù）理的基體表麵，依靠物理變化和化學變化（huà），與基體結合的工藝方法，此結（jié）合層，能（néng）提高模具零件（jiàn）的耐磨、耐（nài）蝕、耐熱等性能，且操作簡（jiǎn）便，成本較低。近（jìn）年來，該項技術在模具表麵強化中的應用得到進一（yī）步發展和完善，廣州有色金屬研究院采用超（chāo）音速噴塗硬質（zhì）合（hé）金工（gōng）藝，使Cr12不鏽鋼拉（lā）深（shēn）

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大進步，如（rú）華中科技大（dà）學材料成形與（yǔ）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Cr12MoV模具（jù）鋼表麵製備了納米結構的（de）WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗層平（píng）均剪切強度達150.8MPa，塗（tú）層的結（jié）合強度大於80 MPa，塗層硬度高於1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓模修複後，完全（quán）能滿足企業的使用要求。

1.3 複（fù）合（hé）表麵電鍍技術

電鍍（dù）技術是一種用電化學方法在基體表麵沉積（jī）金屬或金屬（shǔ）化處理的技術。電鍍硬鉻（gè）和硬鎳是我國塑料（liào）模具表麵處理（lǐ）的傳（chuán）統技術。該技（jì）術在近室溫下進行，模具性能幾乎不（bú）受影響，也（yě）不（bú）會出現嚴重變形，

同時電鍍層的表麵粗糙度較低，硬度升高（gāo）為800HV。但（dàn）仍存在諸多問題，如：耐蝕性不高，溝槽、深孔無法處理，使其在模具強（qiáng）化中的應用受到一定限製（zhì），目前（qián）隻可用於（yú）強化普通塑料模具的耐磨（mó）性，不適用於（yú）形狀複雜且耐蝕性要求高的塑料模（mó）具。

目前，複合鍍是模具行業中鍍層技術應用最有活力的領域。複合電（diàn）刷鍍可（kě）強化模具型（xíng）腔表麵（miàn），也可用（yòng）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（tài）鍍層（0.01～0.02mm），可延長壽命（mìng）0.5～1.0倍。複（fù）合鍍層中可加入微粒的（de）品（pǐn）種較（jiào）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合性。大（dà）連理工大學的於同敏、劉貴昌等將Ni－P－PTFE複（fù）合鍍用於UPVC管件模具表麵強化，解決UPVC材（cái）料（liào）對模具表麵的（de）腐蝕（shí）有明顯效（xiào）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（dī）。為此哈爾（ěr）濱工業大學（xué）的範會玉在Ni－P的（de）基礎上，將PTFE與SiC微（wēi）粒複合，應用在玻（bō）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倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜技術

鍍（dù）膜技術也就是氣（qì）相沉積技術，是將（jiāng）具有特殊性能（néng）的穩定化（huà）合（hé）物沉（chén）積於模具工作（zuò）零件表（biǎo）麵，形成超硬鍍膜（mó），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（zhǔ）要（yào）有TiC、TiN、SiN等。

物理氣相沉積（PVD）是用物理方（fāng）法（fǎ）使鍍膜材料汽（qì）化後在基體表麵沉積成覆蓋層（céng）的實用技（jì）術（shù）。該技術在（zài）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（qián）景的新技術，並逐漸向環（huán）保型、清潔型趨勢發展（zhǎn），主要用於（yú）製造精度較高（gāo）的冷作模具。江西省科學

院（yuàn）應用物理研究所的彭文屹、張德元（yuán）采用多（duō）弧離子鍍（dù）膜法對20根經TiN塗層處理（lǐ）的冷（lěng）擠（jǐ）壓凸模（mó）進行實際使用壽命試驗，發現（xiàn）其壽命提（tí）高（gāo）1.5倍（bèi）以上；廣（guǎng）州有色金屬研究院的林鬆盛、代明江對物理氣（qì）相沉積硬質薄膜在工（gōng）模具上的應用進行了詳細研究，指出該技術能明顯提高模具的使用壽命和工（gōng）件加工質量。但是PVD法也存在著諸如繞鍍性差等（děng）缺點，對形狀複雜的模（mó）具零（líng）件表麵進行處理存在一定限製。

化學氣相（xiàng）沉積（CVD）是在900～2000℃範圍內用化學方法使氣體在基體材（cái）料表麵發生化學反應並形成覆蓋層的實用技術。該技術（shù）沉積溫（wēn）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（rú）形狀複雜或帶有槽溝（gōu）及小孔的零件均可進行均勻塗覆，彌補了物（wù）理氣相沉積的相關缺陷，例如在模具（jù）表麵強化中經常（cháng）使用的TiC塗層硬度高，耐磨性好，摩擦因數小，減摩性好（hǎo），抗咬合性強，大幅度提高模具的使用壽命。但CVD法存在處理溫度高（gāo），仍需（xū）進行淬火處理，會導致較大變形等缺陷，因此在高精度模具的製造中此技術的使用受到一（yī）定限製。

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（cù）進氣（qì）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（shì）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（jīng）實踐證明，經濟（jì）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（yīng）用進行研究，發現利用PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模（mó）具上沉積一層TiC，比無沉積膜層的模具壽命提高10倍以（yǐ）上；將PCVD法用（yòng）於塑料製品模具上可提高模具壽命1～4倍。北京（jīng）航空航天大學的陶冶教授籌建了PCVD表麵強化技術研究實驗室，自行設計製造了試驗設備和輔助配（pèi）套設施，並及時得到了自然科學基金的資助。項（xiàng）目組研製了基（jī）於PCVD複合滲鍍法的模具表（biǎo）麵強化技術，具有工藝溫度低、均鍍（dù）性好和鍍（dù）層結合力高等優點，適用於所有高溫回（huí）火模具和部分低溫回火模具的製（zhì）備，是目前唯一一種既適用（yòng）於刀具強（qiáng）化又適用於形（xíng）狀複

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

並且應（yīng）用前景非常廣（guǎng）闊（kuò）。

1.5 高能束流強（qiáng）化技術

高能束流強化技術具有非接觸、精確可控、材料適（shì）應性廣、柔性強、質（zhì）量優、資源（yuán）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，又適用於（yú）多品種、小批量加工，甚（shèn）至個性化產品的訂製，是模具製造（zào）業中（zhōng）不可缺少（shǎo）的重要技術。其中，離子（zǐ）注入技術以其幾（jǐ）乎完美的強化（huà）效果在冷作模具、熱作模具和塑料模具等領域中得到廣泛（fàn）應用，其平均壽命一般可提高2～10倍。有重大應（yīng）用價值。

2、表麵強化技術在模（mó）具（jù）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（gāo）滲（shèn）速，淨化穩定晶（jīng）界，同時改善模具零件表麵組織、物理化學性能和機械（xiè）加工性能。把稀（xī）土元素應（yīng）用在複合表麵強化技術過程中，可獲得更加明顯（xiǎn）的效果。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（dōu）具有明顯的改善作用，但效果尚不（bú）十分穩定，可見（jiàn）稀土元素應用於模具製造將是今後研究的重要方向。

隨著納米技術的飛（fēi）速發（fā）展，其在提高模具的生產（chǎn）率和（hé）壽命方麵效果顯著。但該技術還存在許多不完善的地（dì）方，尚有許多工作要做，如：複雜的模具型腔表麵塗層（céng）不均勻、沉積參數不（bú）明確、針對模具零件表麵強化機理未明等問題（tí）。

3、結論

模具工作零件（jiàn）表麵強化（huà）技術可以在（zài）一定（dìng）程（chéng）度上彌補目前模（mó）具材料的一些不足，並已顯現出極強的發展潛力，但就目（mù）前的模（mó）具零件表麵強（qiáng）化技術而言，仍存在一（yī）些不足，其應用也受到一定限製，隻要注（zhù）重研究開發，一定會加快和完善表麵強化技（jì）術在模具（jù）製造過程中的應用。

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