模具製造（zào）中的表麵強化技術是指模（mó）具工作零件表麵經預處理後，通過單一或複合表麵技術處理，使模具工作零（líng）件獲得所需表麵或綜合性（xìng）能的專業強化技術。該技術的（de）功能性、環保性（xìng）和增效性等優勢在模具製造成本、模具質量（liàng）和模具壽命等方麵起著尤為重要的作用。在（zài）生產中，綜合考慮該技術的（de）特點、模具工作條件和生產的經濟（jì）性等因（yīn）素，選擇眾因素的最佳匹配點，可顯著改善模具壽（shòu）命、質量，獲取突出的經（jīng）濟效益。

1、表（biǎo）麵強化技術在模具（jù）製造中的應用（yòng）現狀

1.1 滲（shèn）碳表麵化學熱處理（lǐ）

滲碳工藝是一種較常使用（yòng）（80%以上（shàng））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（shèn）碳處理後的模具工作零件，可達到“外硬內韌（rèn）”的效果（guǒ），即工作零件表麵獲得硬度（dù）、

耐磨性、疲勞強度等性（xìng）能的提升（shēng），而心部仍保持原來的塑（sù）韌性、強（qiáng）度，符合對（duì）模具工作零件（jiàn）使用（yòng）性能的要求。具有滲速快、滲層深、成本低，且滲（shèn）層和基體零件之間具（jù）有較完美（měi）的結合性能，

結合層之間實現平穩過渡。但操作溫度（dù）較高（900～950℃），尤其是離子（zǐ）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（biàn）形的可能性加大，因此高（gāo）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℃，經王榮（róng）濱試驗綜合評（píng）定：滲碳層表麵最合理的含（hán）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（cuì）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（tǐ）。過（guò）高的碳質量分數易使模具零件組織（zhī）中出現網狀碳化物等惡性（xìng）組織，影響模具質量和（hé）壽命，在後續（xù）加工過程中易出現應力集中（zhōng），產生龜（guī）裂等現象（xiàng）。

離子滲碳溫度一般為900～960℃，與氣體滲（shèn）碳比較，離子滲碳具有效率高、變形小、汙染小、可處理任何形狀的模具零件表麵等優點，更（gèng）適合在（zài）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（pēn）塗技術是一種發展極為迅速（sù）的（de）表麵強化新技（jì）術，它是利用熱源（電弧、離子弧、火焰等）將噴塗材料（liào）加（jiā）熱到熔融或半熔融狀態，並使其霧化，以一（yī）定的速度噴向經過預處理的基體表麵，依靠物（wù）理變化和化學變化，與基體結（jié）合的工藝方法，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（biàn），成本較低。近年來，該項技術在模具表麵強化中的應用（yòng）得（dé）到進一步發展和完善，廣州有（yǒu）色金屬研究院采用超音速噴塗硬（yìng）質合金工藝，使（shǐ）Cr12不（bú）鏽鋼拉深

模的壽命提高了3～10倍。同（tóng）時該技術應用在模具修複中也取得（dé）較大進步，如華中科技大學材料成（chéng）形（xíng）與模具技術國家重點（diǎn）實驗室的（de）張祥林（lín）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（mǐ）結構的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗層平（píng）均剪切強度達150.8MPa，塗層的結合強（qiáng）度大（dà）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（yào）求。

1.3 複合表麵電（diàn）鍍（dù）技術（shù）

電鍍技術是一種（zhǒng）用電化學方法在基（jī）體（tǐ）表麵沉積（jī）金屬或（huò）金屬化處理的技術。電（diàn）鍍硬鉻（gè）和硬鎳是我國塑料模具表麵處理的傳統技（jì）術。該技術在近室溫下進行，模具（jù）性能幾乎不受影響，也不會出現嚴重變形，

同時電鍍層的表麵（miàn）粗糙度（dù）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（cáo）、深孔無法處理，使（shǐ）其在模具強化中的應用受（shòu）到一定限製，目前隻可用於強化普通塑料模具的耐磨性，不適用於形狀複雜（zá）且耐蝕性要求高的塑料（liào）模具。

目前，複合鍍是模具行業中鍍層技術應用（yòng）最有活力的領域（yù）。複合電刷鍍（dù）可強化模具型腔表麵，也可用於修複模具型腔（qiāng）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（kě）延（yán）長壽命0.5～1.0倍（bèi）。複合鍍層中可加入微粒的品種（zhǒng）較多（duō），且（qiě）參數調整（zhěng）範圍較寬，可操作性強，充分體現出鍍層的多樣性和綜合性。大連理工大學的於同敏（mǐn）、劉貴昌等將（jiāng）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（dá）到模具成型表麵耐磨耐腐蝕等綜合性能（néng）要求，但其硬度稍低。為此（cǐ）哈爾濱工業大學（xué）的範會玉在Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微粒複合（hé），應用在玻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（zuǒ）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合物沉積（jī）於模具工作零件表麵，形成（chéng）超硬鍍膜，使模具工作零件具有優（yōu）異性（xìng）能。工業中使用（yòng）頻率較高的穩定化合（hé）物主要有TiC、TiN、SiN等。

物理氣相沉積（PVD）是用物理方法使鍍膜材料汽化後在基（jī）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（zài）最近30年發展（zhǎn）迅速，成為了一門具有廣闊應用前景的新技術，並（bìng）逐漸向（xiàng）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具。江（jiāng）西省科學

院應（yīng）用物理研究所的（de）彭文屹、張德元采用多弧（hú）離子鍍膜法對20根（gēn）經TiN塗層處理的冷（lěng）擠壓凸（tū）模進行（háng）實際使用壽（shòu）命試驗，發現其（qí）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（jù）上的應用進行了詳細研究，指出該技術能（néng）明（míng）顯提高模具的（de）使用壽命和工件加工質量。但是PVD法也存（cún）在著諸如繞鍍性（xìng）差等缺點，對形狀（zhuàng）複雜的模具零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（tǐ）材（cái）料表（biǎo）麵發生化學反應（yīng）並形成覆蓋層的實用技術。該技術沉積溫度（dù）高、塗層結合牢固，對模具零件表麵形狀幾（jǐ）乎沒有要（yào）求，諸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，彌補了物理氣相（xiàng）沉積的相關缺陷（xiàn），例如在模具表麵強化中經（jīng）常（cháng）使用的（de）TiC塗層硬度高，耐磨性好（hǎo），摩擦因數小，減（jiǎn）摩性好，抗咬合性強，大幅度（dù）提高模（mó）具的使用壽命。但CVD法存在處理溫度高，仍需（xū）進行淬（cuì）火處理，會導致較大變形等缺陷，因此在高精度模具的製造（zào）中此技術（shù）的使用受到一定限製。

等離子增強（qiáng）化學氣相沉（chén）積（PCVD）是利用輝光放電增強反應物化學活性，促進氣相（xiàng）間的化學反應，在低溫下沉積出（chū）優質鍍層的實用技術，是介於CVD和PVD之間的（de）一種（zhǒng）處理方法。用PCVD法（fǎ）將塗層鍍（dù）覆在模（mó）具工作零（líng）件表麵，經實踐證明，經濟效益（yì）非常（cháng）可（kě）觀。重慶工學院的張（zhāng）葉成、張津對PCVD技術在模具強化（huà）中的應用進行研究，發現利用PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模具上沉積一層TiC，比無沉積膜層的模具壽命提高10倍以上；將PCVD法用（yòng）於塑料製品（pǐn）模具上可提高模具壽命（mìng）1～4倍。北京航空航天大學（xué）的（de）陶（táo）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（le）試（shì）驗設備和輔助配套設施，並（bìng）及時得到了自然科學基金的資助。項目組研製了基於PCVD複（fù）合滲鍍法的模具表麵強化技術，具有工（gōng）藝溫度低、均鍍性好和鍍層結合力高等優點，適用於所有高溫回火（huǒ）模具和部分低溫回火模（mó）具的製備（bèi），是目前（qián）唯一一種既適用於刀具（jù）強化又適用於形狀（zhuàng）複

雜的模具表（biǎo）麵（miàn）強化的氣相（xiàng）沉積表麵強化技術。由此可見，PCVD技術在（zài）模（mó）具零件強化領域中（zhōng）的應用已經有所成就，

並且（qiě）應用前景非常廣闊。

1.5 高能束流強化技術

高能束流強化技術具有（yǒu）非接觸、精確可控、材料適應性廣、柔性強、質量優、資源節約和環境友好等綜合優（yōu）勢，既可（kě）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）個性化產品的訂製，是模具製（zhì）造業中不可缺（quē）少的重要技術。其中，離子注（zhù）入（rù）技術以其幾乎完美的強化效果在冷作模具、熱（rè）作模具和（hé）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（chóng）大應用價（jià）值。

2、表麵強（qiáng）化技術在模具製造中的（de）應用前景（jǐng）展望

根據研究，稀土元素可以強（qiáng）化表麵，提高滲速，淨（jìng）化穩定晶界，同時改善模（mó）具零件表麵組（zǔ）織、物理化學性能和機械加工性能。把稀（xī）土元素應用在複合表麵強化（huà）技術過程中，可獲得更（gèng）加明顯的效果。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（yán）長近5倍。除此之外，稀（xī）土元素在化（huà）學（xué）沉積、電沉積、噴塗和激光塗覆等方麵都具有明顯的改善作用，但效果（guǒ）尚不十分穩定，可見稀土元素應用於模具（jù）製造將是今後研究的重要方向。

隨著納米技術的飛速發展，其在提（tí）高模具的生產率和壽命方（fāng）麵效果顯著（zhe）。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（fù）雜的模具型腔表麵塗層不均勻、沉積參數不明確、針對（duì）模具零件表麵強化機理未明等問題。

3、結論

模具工作零件表（biǎo）麵（miàn）強化技術可以在一（yī）定程（chéng）度上彌補目前模具材料的一些不足，並已顯現出極強的發展潛力，但就目前的模具零件表（biǎo）麵（miàn）強化技術而言，仍存在一些（xiē）不足（zú），其（qí）應用也受到一定限製，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（jù）製造過程中的應用。

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