模具製造中的表麵強化技術（shù）是指模具工作零件表麵經預處（chù）理後，通過單（dān）一或複合（hé）表麵技術處理，使模具工作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（shù）的功能性、環保性和增效性等優勢在模具製造成本（běn）、模（mó）具質（zhì）量和模具壽命等方麵起著尤為重要的作用。在生產中，綜（zōng）合考慮該技術的特點、模具工（gōng）作（zuò）條件（jiàn）和生產的（de）經濟性等因素，選擇眾因素（sù）的最佳匹（pǐ）配點，可顯著（zhe）改善模具（jù）壽命、質量，獲（huò）取突（tū）出（chū）的經濟效益（yì）。

1、表麵強化技（jì）術（shù）在模具製造中的應用現（xiàn）狀（zhuàng）

1.1 滲碳表（biǎo）麵化學熱處理

滲碳工藝是一種較常使用（80%以上）的模具表（biǎo）麵（miàn）強化技術（shù），該工藝主要針對塑料模（mó）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（dào）“外硬內韌（rèn）”的效果，即（jí）工作零件表麵（miàn）獲得硬度、

耐磨（mó）性、疲（pí）勞強度等性能的提升，而心部（bù）仍保持原來的塑韌性、強度，符合對模具工（gōng）作（zuò）零件（jiàn）使用性（xìng）能的要求（qiú）。具有滲速快、滲層深（shēn）、成本低（dī），且滲（shèn）層和基體零件之間具有較完美的結合性能，

結合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（dù）可達1100℃，且滲碳後還（hái）需進行（háng）相應的熱（rè）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項技術。

氣體滲碳溫度一般為920～950℃，經王（wáng）榮濱試驗綜合評定：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數梯度應均勻平緩，淬火組織中不允許有粗條狀馬（mǎ）氏體，過多（duō）殘奧（ào），網狀碳化物和黑色屈氏體。過高（gāo）的碳質量分數易使模具零件組（zǔ）織中出現（xiàn）網狀碳化物等惡性組織（zhī），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（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（jù）和衝壓模（mó）具（jù）表麵（miàn）強化加（jiā）工中應用。

1.2 火焰表麵熱噴塗（tú）技術

熱噴塗技術是（shì）一種發展極為（wéi）迅速的表麵強化新技術，它是利用熱源（yuán）（電弧、離子（zǐ）弧（hú）、火焰等）將噴塗材料加熱到熔融或半（bàn）熔融狀態，並使其霧化，以一定的速度噴向經過（guò）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，成本較低。近（jìn）年（nián）來，該項技術在模具表麵強化中的應（yīng）用得到進一步發展和完善，廣州有（yǒu）色金屬研究（jiū）院采用超音速噴塗（tú）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（yīng）用在模具修複中也（yě）取得較大進步，如華中科技大學材料成形與模具技術國家重點實驗室的張祥林等采用超音（yīn）速火焰（yàn）噴（pēn）塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納米結構的WC12Co金（jīn）屬陶瓷塗層，測得（dé）塗（tú）層平均剪切強度達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（jǐ）壓模修複後，完全能滿足企業的使（shǐ）用要求。

1.3 複（fù）合表麵電鍍技術

電鍍技術是一（yī）種用電（diàn）化學方法在基體表麵沉積金屬或金屬化（huà）處理的技術。電鍍硬鉻和硬鎳（niè）是我國塑料模具表麵處理（lǐ）的傳統技術。該技術在近室（shì）溫下進行，模具性能幾乎不受影響，也不會（huì）出現嚴（yán）重變形，

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

目前，複合鍍是模具行業中鍍層技術應用最有（yǒu）活力的領域。複合電（diàn）刷鍍（dù）可強化模具型腔表麵，也可用（yòng）於修複模具型腔表（biǎo）麵。研究發現，在模具型腔表麵刷鍍非晶態鍍（dù）層（0.01～0.02mm），可延長壽命0.5～1.0倍。複合鍍層中可加入微粒的品種（zhǒng）較多，且參數調整範圍較（jiào）寬，可操作性強，充分體現出鍍層的多樣性和綜合性。大連理工（gōng）大學的於同敏、劉貴（guì）昌等將Ni－P－PTFE複合鍍（dù）用於（yú）UPVC管件模具表麵（miàn）強化，解決UPVC材料對模具表麵的腐蝕有明顯效果，達到模具成型表麵耐磨耐腐蝕等綜合性能要求，但其硬度稍低。為此哈爾濱工業大學的範會玉在Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微粒複合，應用在玻（bō）璃纖維增強的塑料成型模具中，實踐表明可使（shǐ）其壽命（mìng）提高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術，是將具有特殊性能的穩定化（huà）合（hé）物沉積於模具工作零件表麵，形成超硬鍍膜，使模具工作零件（jiàn）具有優異性能。工業中使（shǐ）用頻率較（jiào）高的穩定化（huà）合物（wù）主要有TiC、TiN、SiN等。

物理氣相沉積（PVD）是用物理方法使鍍（dù）膜材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（shǐ）應用，在最近30年（nián）發展（zhǎn）迅速，成為了一門具有廣闊應用前景的（de）新技術，並逐漸向（xiàng）環保型、清潔型趨勢發展，主要用於製造精（jīng）度較高的冷作模具。江西省科（kē）學

院應用物（wù）理（lǐ）研究所（suǒ）的彭文（wén）屹、張（zhāng）德元采用多弧離子（zǐ）鍍膜法對20根經TiN塗層處理（lǐ）的冷擠壓凸模進行（háng）實際使用壽命試驗，發現其壽命提高1.5倍以上（shàng）；廣州有色金（jīn）屬研究院的林鬆盛、代明江對物理（lǐ）氣相沉積（jī）硬（yìng）質薄膜在工模具上的應用進行了詳細研究，指出該（gāi）技術能明顯（xiǎn）提高模具的使用壽命和工件加（jiā）工質量（liàng）。但是PVD法也存在著諸如繞鍍性差等缺點，對（duì）形狀複雜的模具零（líng）件表麵進行處理存在一定限製。

化學氣相沉（chén）積（CVD）是在900～2000℃範圍內（nèi）用化學方法使氣體在基體材料表麵發（fā）生化學反應並形成（chéng）覆蓋層的實用技（jì）術。該技術（shù）沉積溫度高、塗層結合牢固（gù），對模具零件表麵（miàn）形（xíng）狀幾乎（hū）沒有（yǒu）要求（qiú），諸如形狀複雜或帶有槽溝及小孔的零件均可進行均勻塗覆，彌（mí）補了物理氣相沉積（jī）的相關缺陷，例如（rú）在模具表麵強化中經（jīng）常使用的TiC塗層硬度高，耐磨性好，摩擦因數小，減摩性好，抗咬合性強，大幅度提高（gāo）模具的使用壽命。但CVD法存在處理溫度（dù）高，仍需進行淬火處理，會導致較大變形等缺陷，因此在高（gāo）精度模具的製造中此技術的使用受到一定限製。

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（huó）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（yòng）技術，是介於CVD和PVD之間的一種（zhǒng）處（chù）理方法。用PCVD法將塗層鍍覆在模具工作零件表麵（miàn），經實踐證明，經濟效（xiào）益非常可觀。重慶工（gōng）學院的張葉成、張津對PCVD技術在模具強化中的（de）應（yīng）用進行研究，發現利用PCVD技術（shù）在W18Cr4V冷擠壓模具（jù）上（shàng）沉積一層（céng）TiC，比無沉積膜層（céng）的模（mó）具壽命提高10倍以上；將PCVD法用於塑料製品模具上可提高模具壽命1～4倍。北京航空航天大學的陶冶（yě）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（shì）驗設備和輔助配套設施（shī），並及時得到（dào）了自然科學基金的（de）資助。項目組研製了基於PCVD複合滲鍍（dù）法的模（mó）具表麵強化（huà）技（jì）術，具有（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（wēn）回火模具和（hé）部分（fèn）低（dī）溫回火模具的製備（bèi），是目前唯一一種既適用於（yú）刀具強化又適用於形狀複

雜的模具表麵強化的（de）氣相沉積（jī）表麵強化技術。由此可見（jiàn），PCVD技術在模具零件強化領（lǐng）域中的應用已（yǐ）經有所成就，

並且應用前（qián）景非常廣闊。

1.5 高（gāo）能束流強化技術

高能束流強化（huà）技術（shù）具有非接觸、精確可控、材料適應性廣、柔性強（qiáng）、質量優、資源節約和環境友好等綜合（hé）優勢（shì），既可用於大批量高效自動化生產（chǎn），又適用於多品（pǐn）種、小批量加工，甚至個性化產品的訂製，是模具製造業中不可缺少的重要技術。其中，離子注（zhù）入技術以其幾（jǐ）乎完美的強（qiáng）化效果在冷作模具（jù）、熱（rè）作模（mó）具和塑料模（mó）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。有重大應（yīng）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）土元素可以強化表麵（miàn），提高滲速，淨化穩定晶界，同時改善模具（jù）零件表麵（miàn）組織、物理化學（xué）性能和機械加工性能。把稀土元素應用在複（fù）合表麵強化技術過程中，可獲得更加明顯的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層（céng）中加（jiā）入稀土（tǔ），可使模具型腔麵的耐磨壽（shòu）命（mìng）延長近5倍。除此（cǐ）之外，稀土元素在化學沉積、電沉積、噴塗和激光塗覆等方（fāng）麵都具有明顯的改善作用，但效果尚不十分穩定，可見稀土（tǔ）元素應用於模具製造（zào）將是今後研究的重要方向。

隨著納米技術的飛（fēi）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完善的地方，尚有許多工作要做，如：複雜（zá）的模具型腔（qiāng）表麵塗層不均（jun1）勻、沉積（jī）參數不明確、針對模具零（líng）件表麵強（qiáng）化（huà）機理未明等（děng）問題。

3、結論

模具工作（zuò）零（líng）件表麵強化技術可以在一定程度上彌補目前模具材料的一些不足，並已顯現出極強的發（fā）展潛力，但就目前的（de）模具零件表麵強化技術而言，仍存在一些不足，其應用也受到（dào）一定限製，隻要注重研究開發，一定會加快和完善表麵強化技術在模（mó）具製造過程中的應用。

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