模具製造中（zhōng）的表麵強化技術是指模具工作零件表麵經預處理（lǐ）後，通過（guò）單一或（huò）複合表麵技術處理，使模具工作（zuò）零件獲得所需表麵或綜合性能的專業（yè）強化技（jì）術。該技術的（de）功能（néng）性（xìng）、環保性和增效性等優勢在模具製造成本、模具質量和模具壽命等方麵起著尤為重要（yào）的作用（yòng）。在生產中，綜合（hé）考慮該技術的特點、模具工作條件和生產的（de）經濟性等因（yīn）素，選擇眾因素的最佳匹配點，可顯（xiǎn）著（zhe）改善模具壽命、質量，獲取突出（chū）的（de）經濟（jì）效益。

1、表麵強化技術在模具製造（zào）中的應用現狀

1.1 滲（shèn）碳表麵（miàn）化學熱處理

滲碳工藝是一種較常（cháng）使用（80%以上（shàng））的模具表麵強化技術，該工（gōng）藝主要針對塑料模具型腔的表（biǎo）麵強化。經滲碳處理後的（de）模具工作零件，可達到“外（wài）硬內韌”的效果，即工作零件（jiàn）表麵獲得硬度、

耐磨性、疲勞強度等性能的提升（shēng），而（ér）心部仍保（bǎo）持原來（lái）的（de）塑韌性、強度，符合（hé）對模具（jù）工作零件使用性能的要求。具有滲速（sù）快、滲層深、成本低，且滲層和基體零件之間具有較完美的（de）結合性能，

結合層之間實現平（píng）穩過渡。但操（cāo）作溫度較高（900～950℃），尤其是離子滲（shèn）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（kě）能性加大，因此（cǐ）高精（jīng）度塑料模具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（píng）定：滲（shèn）碳層表麵最合理（lǐ）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勻平（píng）緩，淬火組織中不允許有粗條狀馬氏體，過多殘奧，網狀碳化物和黑色屈氏體。過高的碳質量分數易使模具零件（jiàn）組織中出現網狀碳化物等惡性組織，影響模具質量和壽命，在後續加工過程中易出現應力集中，產生龜裂等（děng）現象。

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

1.2 火焰（yàn）表麵（miàn）熱噴塗技（jì）術

熱噴塗技術是一種發展極為迅速（sù）的表麵（miàn）強化新技術，它是（shì）利用熱源（電弧、離子弧、火焰等）將噴（pēn）塗材料加熱（rè）到熔（róng）融或半熔融（róng）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（gōng）藝方法，此結合層，能提高模具零（líng）件的耐磨、耐蝕、耐熱等性能，且操作簡便，成本較低。近年來，該（gāi）項技術在模具表麵（miàn）強化中（zhōng）的應用得到（dào）進（jìn）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（gāng）拉深

模的壽（shòu）命提高了3～10倍。同時該技術應用在模具修（xiū）複中也取得較大進步，如華中科技大學材料成形（xíng）與模具（jù）技術國家重點實驗室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（le）納（nà）米結構的（de）WC12Co金屬陶（táo）瓷塗層，測得塗層（céng）平均剪切（qiē）強度（dù）達150.8MPa，塗層的結合強度大於80 MPa，塗層硬度高於1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓模修複後，完全能滿（mǎn）足企業的使用要求（qiú）。

1.3 複合表麵電（diàn）鍍技術

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的技術。電（diàn）鍍硬鉻和硬鎳是我國塑料模具（jù）表麵處理（lǐ）的傳統技術。該技（jì）術（shù）在近室（shì）溫下進行（háng），模具性能幾乎不受影響，也不會出現（xiàn）嚴重變形，

同時電鍍（dù）層的（de）表麵粗糙度較低，硬度升高為800HV。但仍存在諸多問題，如：耐蝕性不高，溝槽、深（shēn）孔無法處理，使其在模具強化中的應用受到（dào）一定限製（zhì），目前隻（zhī）可用於強化普通塑料模具的耐磨性，不適用於形狀（zhuàng）複雜且耐蝕性（xìng）要求高（gāo）的塑料模具（jù）。

目前，複合鍍是（shì）模（mó）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（qiāng）表麵，也可用於修複模（mó）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（hé）鍍層中可（kě）加入微粒的品種較多，且參數調整範圍較（jiào）寬，可操作性強，充分體現出鍍層的（de）多（duō）樣（yàng）性和綜（zōng）合性。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（biǎo）麵（miàn）強化，解決（jué）UPVC材（cái）料（liào）對（duì）模具表麵的腐蝕有明顯效果，達到模（mó）具成型表麵耐磨耐腐（fǔ）蝕等綜合性能要求，但其硬度稍低。為（wéi）此哈爾濱工業大學的範會玉在Ni－P的基礎上，將（jiāng）PTFE與SiC微粒複合，應用（yòng）在玻璃纖維增強的塑料成（chéng）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

鍍膜技術（shù）也就（jiù）是氣（qì）相沉（chén）積技術（shù），是將具有特殊性（xìng）能的穩定化合物沉積於模具工（gōng）作零件表麵（miàn），形（xíng）成超硬鍍膜，使模具工（gōng）作零件（jiàn）具有優異性能。工業中使用頻率較高的穩定化（huà）合物主要有TiC、TiN、SiN等。

物（wù）理氣（qì）相沉積（PVD）是用物理方法使鍍（dù）膜材（cái）料汽化後在基體表麵沉積成覆蓋層的實用技術。該技術在20世紀初開始應用，在最近30年發（fā）展迅速，成（chéng）為了一門具有廣闊應用前景的新技術，並逐漸向環保型、清（qīng）潔型趨勢發展，主要用於製造精度較高的冷作模（mó）具。江西省科學

院應用物理研究所的彭文屹、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（qí）壽命提高1.5倍以上；廣州有色金屬研（yán）究院的林鬆盛、代（dài）明江對（duì）物理氣相沉積硬質薄膜在工模具上的應用進行了（le）詳細研究，指出（chū）該技術能明顯提高（gāo）模具的使用壽命和工件加工質量。但是PVD法（fǎ）也存在著諸如繞鍍性差（chà）等缺（quē）點，對形狀複雜的模具零件表麵進行處（chù）理（lǐ）存在一定限製（zhì）。

化學（xué）氣相沉積（CVD）是在900～2000℃範圍內（nèi）用（yòng）化學方法使氣體（tǐ）在基體材料表（biǎo）麵發生化學反應並形成覆（fù）蓋層的實用技（jì）術。該技術沉積溫度高、塗層結合牢固，對（duì）模具零件表麵形狀幾乎沒有要求，諸如形狀複雜或（huò）帶有槽溝及小（xiǎo）孔的零件（jiàn）均可進行均勻塗覆，彌補了物理氣相沉積的相關（guān）缺陷，例如在模具表麵強化（huà）中經常使用的TiC塗層硬度高，耐磨性好，摩擦因數小，減摩性好，抗咬（yǎo）合性強，大幅度提（tí）高模具的使用壽命。但CVD法存在處理溫度高，仍（réng）需進行淬火處理，會導致（zhì）較大變形等缺陷，因此在高精度模具的（de）製造中此技術的使用受到一定限製。

等（děng）離子增強化學氣相沉積（PCVD）是利（lì）用輝（huī）光放電增強反（fǎn）應物化學活性，促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之間的一種處理方法。用PCVD法將塗層鍍覆在模具（jù）工作零件表麵，經實踐證明，經濟效益非常可觀。重慶工學（xué）院的（de）張葉成（chéng）、張津對PCVD技（jì）術在模（mó）具強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（jī）一層（céng）TiC，比無沉積膜層的模具壽命（mìng）提高10倍以上（shàng）；將PCVD法用於塑料製品模具上可提高模（mó）具壽命1～4倍。北京（jīng）航空航天大學的陶冶教（jiāo）授籌建了PCVD表麵強化（huà）技術研究實（shí）驗室，自行設（shè）計製造了試驗設備和輔助配套設施，並及時得到了自（zì）然科（kē）學基金的資助。項目組（zǔ）研製了基於PCVD複合滲鍍法的模具表麵強化技術，具有工藝（yì）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和部分低溫回火模具（jù）的製備，是目前唯一一種既適用（yòng）於刀具（jù）強化又適用於形狀複

雜的模具表麵強化的氣相沉積表（biǎo）麵強化技術。由（yóu）此可見，PCVD技（jì）術在模具（jù）零件強化（huà）領域中的應（yīng）用已（yǐ）經有所成就，

並且應用前景非常廣闊。

1.5 高能束流強化技術

高能束流強（qiáng）化技術具有非接觸、精確可控、材料適應性廣、柔性強、質量優、資（zī）源節（jiē）約和環境友好等綜合優勢，既可用於大批量高（gāo）效（xiào）自動化生產，又適用於多品種（zhǒng）、小批量加（jiā）工，甚至個性化產品的訂（dìng）製（zhì），是模具製造業中不可缺少的重要（yào）技（jì）術。其中，離子注入技術以（yǐ）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得到（dào）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、表麵強化技術在模具製造中的應用前景展望

根據研究，稀（xī）土元素可以強（qiáng）化表（biǎo）麵，提高滲速，淨化穩定晶界，同（tóng）時改善（shàn）模具零件（jiàn）表麵組織、物理化學性能和機械（xiè）加工性能。把稀土元素應用（yòng）在複合表麵（miàn）強化技術過程中（zhōng），可獲得更加明顯的（de）效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加（jiā）入稀土，可使模具型腔麵的耐磨壽命延長（zhǎng）近5倍。除此之外，稀土元素在化學沉積、電沉積、噴（pēn）塗和激（jī）光塗覆等方麵都具有明顯的改善作用，但效果尚（shàng）不十分穩定（dìng），可見（jiàn）稀土元素（sù）應（yīng）用於模具製造將是（shì）今後研究的重要（yào）方向。

隨著納米技術（shù）的飛速發展，其在提高模具的生產率和壽命方麵效果顯著。但該（gāi）技術還存在許多不完（wán）善的地方，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（zhēn）對模具零件表麵強化機理（lǐ）未明等問題。

3、結論

模具工作（zuò）零件表麵強化技術可以在一定（dìng）程度上彌（mí）補目前模具材料的一些不足，並已顯（xiǎn）現出極強的（de）發展潛力，但就目前的模具零件表（biǎo）麵強化技術而言，仍存在一（yī）些不足，其應用也受到一定限製，隻要注重（chóng）研究開發，一定會加（jiā）快和完善表麵強化技（jì）術在模具製造過程中的應用。

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