模具製造中的（de）表麵強化技術是指模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（gōng）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（huán）保性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（miàn）起著尤為重要的作用。在生產中，綜合考慮該技術的特點（diǎn）、模具工作條件和生產的經濟性等因素（sù），選擇眾因素的最佳匹配點，可顯著改善模具壽命、質量，獲取突出的（de）經濟（jì）效益。

1、表麵強化技術在模具製造中的應用現狀

1.1 滲碳表麵化學熱處理

滲碳（tàn）工藝是一種較常使用（80%以（yǐ）上）的模具表麵（miàn）強（qiáng）化技術，該工藝主要針對塑料模具型腔的表麵（miàn）強化。經滲碳處理後的（de）模具工作零件，可達到“外硬內韌（rèn）”的效果，即工作零件表麵獲得硬度、

耐磨性、疲勞（láo）強度等性能的提升，而心部仍保持（chí）原來的塑韌性、強度，符（fú）合對模具工（gōng）作零件使用性能的（de）要求。具有滲速快、滲層深、成本低，且滲層和基體零件之間具有較（jiào）完美的結合性能，

結合層之間實現平穩過渡。但操作溫度較（jiào）高（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，從而導致模具變形的可能性加大，因此高精度塑料模具不建議采用該項（xiàng）技術。

氣體滲碳溫度一般（bān）為920～950℃，經王榮濱試驗綜（zōng）合評定：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（huǎn），淬火組織中不允許有粗條狀馬（mǎ）氏體，過多殘奧，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織中出現網狀碳化物（wù）等惡性組織（zhī），影響模具質（zhì）量和壽命，在（zài）後續（xù）加工過程中易出現應力集中，產生龜裂等現象。

離子（zǐ）滲碳（tàn）溫度一般（bān）為900～960℃，與（yǔ）氣體滲碳比較，離子滲碳具有（yǒu）效率高、變形小、汙染小、可處（chù）理任何形狀的模具零件表麵（miàn）等優點，更適合在塑料（liào）模具和（hé）衝壓模具表麵強化加工中應用。

1.2 火焰表麵熱噴（pēn）塗技術

熱噴塗（tú）技（jì）術是一種發展極為迅速的表麵強化新（xīn）技術，它是利用熱源（電弧、離子弧、火焰等）將噴塗（tú）材料加熱到熔融或半（bàn）熔融狀態，並使其霧（wù）化，以一定的速度噴（pēn）向經過預處理的（de）基體表麵（miàn），依靠（kào）物理變化和化學變化，與基體結合的工藝（yì）方法，此結（jié）合層，能提（tí）高模具零件的耐磨、耐蝕（shí）、耐熱等性能，且（qiě）操作簡便，成本較低。近年來（lái），該項技術在模具表麵（miàn）強化中（zhōng）的應用得到進一步發展和完善，廣州有色金屬研究院采（cǎi）用超音速噴塗硬質合金工藝，使Cr12不鏽鋼拉深

模的壽命提高了3～10倍。同時（shí）該（gāi）技術應用在模具修複中也取得較大進步，如華中科技大學材料成（chéng）形與模具（jù）技術（shù）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）納米結構的WC12Co金屬陶瓷塗（tú）層，測得塗層平均剪切強（qiáng）度達150.8MPa，塗層的結合強度大於（yú）80 MPa，塗層硬度高於1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓模修複後，完全能滿足企業的使用要求。

1.3 複合表麵電鍍技術

電鍍技術（shù）是一種（zhǒng）用電化學方法在（zài）基體表（biǎo）麵沉積金屬或金屬化處理（lǐ）的技術。電鍍硬（yìng）鉻和硬（yìng）鎳是我國塑料模具表麵處（chù）理的傳統技術。該（gāi）技術在近室溫下進（jìn）行，模具性能幾乎不受影響，也不會出現嚴重（chóng）變形，

同時電鍍層的表麵粗糙度較低，硬度升高為800HV。但仍存在諸多問題，如：耐（nài）蝕性不高，溝槽、深孔無法處理，使其在模具強化中的應用受到一定限（xiàn）製，目前隻可（kě）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塑料模具。

目前，複合鍍是模具行業中鍍層技術應用最有活力的領域。複合電刷鍍可強化模（mó）具型腔表麵，也可（kě）用於（yú）修複模具型腔表麵。研（yán）究發現，在模具型腔（qiāng）表麵刷鍍非晶態鍍層（0.01～0.02mm），可延長壽命0.5～1.0倍。複合鍍層中可加入微粒的品種較多，且參數調整範圍較寬（kuān），可操作性強，充分體現出鍍層的多樣（yàng）性和綜合性。大連理工大學的於同敏、劉貴昌等將Ni－P－PTFE複合鍍用於UPVC管件模具表麵強（qiáng）化，解決UPVC材料對模具表（biǎo）麵的腐蝕有明（míng）顯（xiǎn）效（xiào）果，達到模具成型（xíng）表麵耐磨耐腐蝕（shí）等綜合性能要求，但其硬度（dù）稍低。為此哈爾濱工（gōng）業大（dà）學的範會玉在Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微粒複合（hé），應（yīng）用在玻璃纖維增（zēng）強的塑（sù）料成型模（mó）具中，實踐表明可使（shǐ）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（néng）的穩定化合物沉積（jī）於模具工作零件表麵，形成超硬鍍膜，使模具工作零件具有優異性能。工業中使用頻率較高的（de）穩定化合物主（zhǔ）要有TiC、TiN、SiN等。

物理氣（qì）相沉（chén）積（PVD）是用物理方法使鍍（dù）膜材料汽化後在基體表麵沉（chén）積成（chéng）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年發展迅速，成為了一門具有廣闊（kuò）應用前景的新技術，並逐漸向環保型、清潔型趨勢發展，主要用於製造精度較高（gāo）的冷作模（mó）具。江西省科學

院應用物（wù）理研究所（suǒ）的彭（péng）文屹、張德元采用多弧離子鍍膜法對20根經TiN塗層處（chù）理（lǐ）的冷擠壓凸（tū）模進（jìn）行實際使用壽命（mìng）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（dài）明江對物理氣相沉積硬（yìng）質（zhì）薄（báo）膜在工模具上的應用進行（háng）了詳細研究，指出該技術（shù）能明顯提高模具的使用壽命和工件加工質量。但（dàn）是PVD法也存在著諸如繞鍍性差等缺點，對形狀複雜的模具零件表麵進行處理存在一定限（xiàn）製。

化學氣相沉積（CVD）是在900～2000℃範圍內（nèi）用化學（xué）方法使氣體在基體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（céng）結合牢固，對模具零件表麵形狀幾乎沒有要求，諸（zhū）如形狀複雜或帶有槽溝及（jí）小孔的零件均可進行均勻塗覆，彌（mí）補了物理氣相沉積的相關缺陷，例（lì）如在模具（jù）表麵強化中經常使用的TiC塗層硬度高（gāo），耐磨（mó）性好，摩擦因數小，減摩性好，抗咬合性強，大幅度提高模具的使用壽命。但CVD法（fǎ）存在（zài）處（chù）理溫度高，仍需進行淬（cuì）火處理，會導致較大變形等缺陷，因此在高精度（dù）模具的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，在低溫下沉積出優質鍍層的實用技術（shù），是介於（yú）CVD和PVD之間的一種處理方法。用PCVD法將塗層鍍覆在模具工（gōng）作零件表麵，經實踐證明，經濟效益非常可觀。重（chóng）慶工學院的張葉成、張津對PCVD技術在模具強化中的應用（yòng）進行研究，發（fā）現利用PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模具上沉積一層TiC，比無沉積膜（mó）層的（de）模具壽命提高10倍以上；將PCVD法用於塑料製品模具上（shàng）可提高模具（jù）壽命1～4倍。北京航空航天大學的陶冶教授籌建了PCVD表麵強化技（jì）術（shù）研究實（shí）驗室，自行設（shè）計製造了試驗設備和（hé）輔助配套設施，並及時得（dé）到了（le）自然科學基金的資助。項目組研製了基於PCVD複合滲鍍法的模具表麵強化（huà）技術，具有工藝溫度低、均鍍性好和鍍（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備，是目前唯一一種既適用於刀具強化又適用（yòng）於形（xíng）狀複

雜的模具表麵（miàn）強化的氣（qì）相沉積表麵（miàn）強化技術。由此可見（jiàn），PCVD技術在模具零件強化領域中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非接觸（chù）、精確可控、材料適應性廣、柔（róu）性（xìng）強、質量優、資源節約（yuē）和環境友好等綜合優勢，既可用（yòng）於（yú）大批量高效自動化生產，又適用於（yú）多品種（zhǒng）、小批量加工，甚至個性化產品（pǐn）的訂製，是模具製造業中不可缺少的重要技術。其中，離子注入技術以其幾乎完美的強化效（xiào）果在冷作模具、熱作模具和塑料模（mó）具等領（lǐng）域（yù）中得到廣泛應用（yòng），其平均壽命一般可提高（gāo）2～10倍。有重大應用（yòng）價值。

2、表麵強化技術在模具製造中的（de）應用前景展望

根據研究，稀土元素可以強化表麵，提高滲（shèn）速，淨化穩（wěn）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。把稀土元素應用（yòng）在複合表麵強（qiáng）化技術過程（chéng）中，可獲得（dé）更加明顯（xiǎn）的（de）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長近5倍。除此之外，稀土元素在化（huà）學沉積、電沉積、噴（pēn）塗和激光塗覆（fù）等方麵都具有明顯的改善作用，但效果尚不十分穩定，可見稀土元素應用於（yú）模具製造將是今後研究（jiū）的重要方向。

隨著納米技術的飛速發展（zhǎn），其在提高模具的生產率和壽命方麵效（xiào）果（guǒ）顯著。但該技（jì）術還存在許多不完善的地方，尚有許多工作要做，如：複雜的模具型腔表麵塗（tú）層不（bú）均（jun1）勻、沉積（jī）參數不明（míng）確（què）、針對模具（jù）零件表麵強化機（jī）理未明等問題。

3、結（jié）論

模具工作零件表麵強化技術可以在一定程度上彌補（bǔ）目前模具材料的一些不足，並已顯現（xiàn）出（chū）極強的發展潛力（lì），但（dàn）就目前（qián）的模（mó）具零件表麵強化技術而言（yán），仍存在一些不足，其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具製造過程中的應用。

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