模具製造中的表麵強化技術是指模具工作零件表麵（miàn）經預處理後，通過單一或複合表麵技術處理，使模（mó）具工作零件獲得所需表麵或綜合性能的專業（yè）強化技術。該技術的功能性、環保（bǎo）性和增效性等（děng）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的作用。在（zài）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（xìng）等因素，選擇眾因素的最（zuì）佳匹（pǐ）配點，可顯著改善模具壽命、質量，獲取突出的（de）經濟效益。

1、表麵強化（huà）技（jì）術（shù）在模具製造中的（de）應用現（xiàn）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（zhǔ）要針對塑料模具（jù）型腔的表麵強化。經滲碳處理（lǐ）後的（de）模具工作零件，可達到“外硬內韌”的效果，即（jí）工（gōng）作零件表麵獲得硬（yìng）度、

耐磨性、疲勞強度等性能的提升，而心部仍保持（chí）原來的塑（sù）韌性、強度，符合對模具工作零件使用性能的（de）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有較完美的結合性能，

結合層之間實現平穩過渡（dù）。但（dàn）操作溫度較高（gāo）（900～950℃），尤其是離子滲碳溫度可達1100℃，且滲碳後還需進行相應的熱處理，從而導致模具變形（xíng）的可能性加大（dà），因此高精度塑料（liào）模具不建議采用（yòng）該（gāi）項技（jì）術。

氣體滲碳溫度一般為920～950℃，經王榮濱試驗綜合評定：滲（shèn）碳層表麵最合理的（de）含碳量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向內碳質（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（tǐ），過多殘奧，網狀碳化物和黑色屈氏體。過高的碳質量（liàng）分數易使模具零件組織（zhī）中出現網狀碳化物等（děng）惡性組（zǔ）織（zhī），影響模具質量和壽命，在後續加工過程中（zhōng）易出現應（yīng）力集中，產（chǎn）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（yǒu）效率（lǜ）高、變形小、汙染小、可處理任何形狀的模具零件表麵等優點（diǎn），更適合在塑料模具和衝壓模具表麵強化加工中應用。

1.2 火焰（yàn）表麵熱噴塗技術

熱噴塗技術是一種發展極（jí）為迅速的表麵強化新技（jì）術，它（tā）是利用熱源（電弧、離子弧、火焰等）將噴塗材料加熱到熔融或半熔融狀態，並使其霧化，以一定的速度噴向經過預處理的基體表麵，依靠物理（lǐ）變化和化學變（biàn）化，與基體結（jié）合的工藝方法，此結合層，能提高模具（jù）零件的耐磨、耐（nài）蝕、耐（nài）熱等性能，且操作（zuò）簡便（biàn），成本較低。近年來，該項技術在模具表（biǎo）麵強（qiáng）化（huà）中的應（yīng）用（yòng）得到進（jìn）一步發展和完善，廣州有色金屬研究院采用超音速噴（pēn）塗硬質合金工藝，使Cr12不鏽鋼拉深

模的壽命提高了3～10倍。同時該技術應用在（zài）模具修複中（zhōng）也取得較大進步，如華中（zhōng）科技（jì）大學材料成形與模具技術國家重點實驗室的（de）張（zhāng）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結構的WC12Co金（jīn）屬陶瓷塗層，測得塗層平（píng）均剪切強（qiáng）度達150.8MPa，塗層的結合強度大於80 MPa，塗層（céng）硬（yìng）度高於1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓模修複後，完全（quán）能滿足企（qǐ）業的使用要求。

1.3 複合表麵電鍍技術

電鍍技術是一種用（yòng）電化學方法在基體表麵（miàn）沉積金屬或金屬化（huà）處理的技術。電鍍硬（yìng）鉻和硬鎳是我國塑（sù）料模具表麵處理的傳（chuán）統技（jì）術。該技（jì）術在近室溫（wēn）下進行，模具性能幾乎不受影響，也不會出現嚴重變形，

同時電鍍層的表麵粗（cū）糙度較低，硬度升高為800HV。但仍存在諸多問題，如：耐蝕性不（bú）高，溝槽（cáo）、深孔無法處理，使其在模具（jù）強化中的應用受到一定限製，目前隻可用於強化普通塑料模具的耐磨性，不適用於形狀複雜且耐蝕性要求高的（de）塑料模（mó）具。

目前，複合（hé）鍍是模（mó）具行業中鍍層技術應用最有活力的領域。複（fù）合電刷鍍可強化模具型腔表麵，也可用於（yú）修複模具型腔表麵（miàn）。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）中可加入微粒（lì）的品種較多（duō），且參數調整範圍較寬（kuān），可操作（zuò）性強，充分（fèn）體現出鍍（dù）層的多樣性和綜合性（xìng）。大連理工大學的於同敏、劉貴昌等將Ni－P－PTFE複合鍍用（yòng）於UPVC管件模具表麵強（qiáng）化，解決UPVC材料對模具（jù）表麵的腐蝕有明（míng）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（jiāng）PTFE與SiC微粒複（fù）合，應用在玻璃纖（xiān）維增強的塑料成型模（mó）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

鍍膜技術也就是氣相沉積技術，是將具有特殊性能的穩定化（huà）合物沉積於模具（jù）工（gōng）作零件表麵（miàn），形成超（chāo）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（jiào）高的穩定化合物主要有（yǒu）TiC、TiN、SiN等。

物理氣相沉積（PVD）是用物理方法使鍍膜（mó）材料汽化後在基體表麵沉積成覆蓋層的實用技術。該（gāi）技術在20世紀初（chū）開始應用，在最近30年發（fā）展迅速，成為了（le）一門具（jù）有廣闊應用前景的新技術，並逐漸向（xiàng）環保型（xíng）、清潔型趨（qū）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（yòng）物理研究所的彭文（wén）屹、張德元采用多弧（hú）離子鍍膜法對20根經TiN塗層（céng）處理的冷擠壓凸模進行實際使用壽命試驗，發現其壽命提高1.5倍以上；廣州有色金屬研究院的林鬆盛、代明江對物理（lǐ）氣相沉積硬（yìng）質薄（báo）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（gāo）模具的使用壽命和工件加工質量。但是PVD法也存在著諸如繞鍍（dù）性差等缺點，對形狀複雜的模具零件表麵進行（háng）處理存在一定限製。

化學氣相沉積（CVD）是在900～2000℃範圍內用化（huà）學方法（fǎ）使氣體在基體（tǐ）材料表麵發生化學反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，對模具零件表麵形狀幾乎沒（méi）有要求，諸如形狀複雜或帶有槽溝（gōu）及小孔的零件（jiàn）均可進行均勻塗覆（fù），彌補（bǔ）了物（wù）理氣相沉積的相關（guān）缺陷，例（lì）如在模具表麵強化中經常使用的TiC塗層硬度高，耐磨性好，摩擦因數小，減摩性好，抗咬合性強，大（dà）幅度提高模具的使用壽命（mìng）。但CVD法存在處理溫度高，仍需進行淬火（huǒ）處（chù）理，會導致較大變形等缺陷，因此在高精（jīng）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（qì）相沉積（PCVD）是（shì）利用輝光放電增強反應物化學活性，促進氣相間的化學反應，在低溫下（xià）沉積出優質鍍層的實用技術，是介於CVD和PVD之間（jiān）的一種處理方法。用（yòng）PCVD法將塗層鍍覆在模具工作零件表麵，經實踐證明，經（jīng）濟效益非常可觀。重慶工學院的張葉成、張津對PCVD技術在模（mó）具（jù）強化中的應用進行研究，發現利用（yòng）PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓（yā）模（mó）具（jù）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法用於（yú）塑料製品模具上（shàng）可提高模具壽命（mìng）1～4倍。北京航空航天大學的陶冶教（jiāo）授籌建了（le）PCVD表麵強化技術研究實驗室，自行設（shè）計製造了試驗（yàn）設備和輔助配套設施，並及時得到（dào）了自（zì）然（rán）科學基（jī）金的資助。項目組研製了基於PCVD複合滲（shèn）鍍（dù）法的模具表麵強（qiáng）化技術（shù），具（jù）有工藝溫度低、均（jun1）鍍性好和鍍層結合力高（gāo）等優點，適用於所有高溫回火（huǒ）模具和部分低溫（wēn）回火模具（jù）的製備，是目前唯一（yī）一種既適用於（yú）刀具強化又（yòu）適用於（yú）形狀複

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

並且應用前景非常廣闊。

1.5 高能束流強（qiáng）化技術

高能束流強化技術具有非（fēi）接觸、精確可控、材料適應性廣（guǎng）、柔性強、質量（liàng）優、資源節（jiē）約和環境友好等綜合優勢，既可用於大批量高效自（zì）動化生產，又適用於（yú）多品種、小批量（liàng）加工，甚至個性化（huà）產品的（de）訂製（zhì），是（shì）模具製造業中不可缺少（shǎo）的重要技術。其中，離子注入技術以其幾（jǐ）乎完美的強化效果在冷作模具、熱作（zuò）模具和塑料（liào）模具等領域中得到廣泛應用，其平（píng）均（jun1）壽命一般可（kě）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，稀土元（yuán）素可以強化表麵，提高滲速，淨化穩定晶界，同時改善模具零件表麵組織（zhī）、物（wù）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技術（shù）過（guò）程（chéng）中，可獲得更（gèng）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（yán）長（zhǎng）近5倍。除此之外，稀土元素在化學（xué）沉積、電沉積、噴塗和激光塗覆等（děng）方麵都具有明顯的（de）改善作用（yòng），但效果尚不十分穩定，可見稀土元素應（yīng）用於模具製造將是今後研（yán）究的重要方向。

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

3、結（jié）論

模具工（gōng）作零（líng）件表麵強（qiáng）化技術可以在一定程度上彌（mí）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（de）模具（jù）零件表麵強化技術而言，仍存在一（yī）些不足，其（qí）應用也（yě）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（shù）在模具製造過程中的應用。

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