模（mó）具製造中的表麵強化（huà）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，使模具工作零件獲得所需（xū）表麵或綜合（hé）性能的專業強化技術。該技（jì）術的功能性、環（huán）保性和增效性等優勢在模具製造成本、模具質量和模具壽（shòu）命（mìng）等方（fāng）麵起（qǐ）著尤為重要（yào）的作用。在生產中，綜合考慮該（gāi）技術的特點、模具工作條件和生產的經（jīng）濟性等因素，選擇眾因素的最佳匹配點，可顯著改善模具（jù）壽命、質（zhì）量，獲（huò）取突出的經濟效益（yì）。

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

滲碳工藝是一種較常使用（80%以上）的模具表（biǎo）麵強化技術，該工藝主（zhǔ）要針對塑（sù）料模具型腔的表麵強化。經滲碳處理後的模具工作零件，可（kě）達（dá）到“外（wài）硬內韌”的效果，即工作（zuò）零（líng）件表（biǎo）麵獲得硬（yìng）度、

耐（nài）磨性、疲勞強度等性能的提升，而心部仍保（bǎo）持（chí）原來（lái）的（de）塑（sù）韌性、強度，符合對模（mó）具工作零件使用性（xìng）能的要求。具有滲速快、滲層深、成本低，且滲層和基體零件之間具有較完美的結合性能，

結合層之間（jiān）實現平（píng）穩過（guò）渡。但操作溫度較高（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（lǐ），從而導致模具（jù）變形的可（kě）能性加（jiā）大（dà），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（tàn）質量分數梯度應均勻平緩，淬火組織中不（bú）允許有粗條狀馬（mǎ）氏體，過多殘奧，網狀碳化物和黑色（sè）屈氏體。過高的碳質（zhì）量分數易使模（mó）具（jù）零件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，離子滲碳具有效率高、變形（xíng）小、汙染小、可處理任何形（xíng）狀的模具零件表麵等優點，更適合（hé）在塑料模具和衝壓模具表麵強化加工中應（yīng）用。

1.2 火焰表麵熱（rè）噴塗技術（shù）

熱噴塗技術是一種發展極為迅速的表麵強化新技術，它是利用熱源（電弧（hú）、離子弧（hú）、火焰（yàn）等（děng））將噴（pēn）塗材料加熱到熔融或半熔融狀態，並使其霧化，以一定的（de）速度噴向經過（guò）預處（chù）理的基體表麵，依（yī）靠物理（lǐ）變化和化（huà）學變化，與基體結合的（de）工藝方法，此結合層，能提高模具零件（jiàn）的耐磨、耐蝕、耐熱等性能，且操作簡便，成本較低。近年來（lái），該項技術在模具表麵強化中（zhōng）的應用得到進一步發展和完善，廣州有色金屬研究院采用超音（yīn）速噴塗硬質合金工藝，使（shǐ）Cr12不鏽鋼拉深

模的壽命提高（gāo）了3～10倍。同時該（gāi）技術應用在模具修複中也取得較大進步，如華中科技（jì）大學材料（liào）成形與模具技術國家重點實驗室的張祥林等采用超音速火（huǒ）焰噴（pēn）塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納米結構（gòu）的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗層平（píng）均（jun1）剪切強度（dù）達150.8MPa，塗層的結合強度（dù）大於80 MPa，塗層硬度高於1000HV。運用HVOF技術對冷擠（jǐ）壓模（mó）修複後，完全（quán）能（néng）滿足企業的使用要求。

1.3 複合表麵電鍍技術

電鍍技術是一種用電（diàn）化學方法在基體表麵沉積金屬或金屬化處理的技術。電鍍硬鉻和硬鎳是我國塑料模（mó）具表麵（miàn）處理的傳統技術。該技術在近室溫下（xià）進行，模（mó）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糙度較低（dī），硬度（dù）升高為（wéi）800HV。但仍存在諸多問題，如：耐蝕性（xìng）不高，溝槽、深孔無法處理，使（shǐ）其在模具強化中的應用受到一定限（xiàn）製，目前隻（zhī）可用於（yú）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（sù）料模具。

目前，複合（hé）鍍是模具行業中鍍層技術應用（yòng）最有活（huó）力的領域。複合電刷鍍可強化模具型腔表麵，也可用（yòng）於修複模具型腔表麵。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。複合鍍層中可加入（rù）微粒的品種較多，且參數調整範圍較寬，可操作（zuò）性強，充分體現出鍍層的多（duō）樣性和綜合性。大連理工大學的於同敏、劉貴昌等將Ni－P－PTFE複（fù）合鍍用於UPVC管（guǎn）件（jiàn）模具表麵強化，解決UPVC材（cái）料對模具表麵的腐蝕有（yǒu）明（míng）顯效果（guǒ），達到模具成型表麵耐磨耐腐蝕等綜合性（xìng）能要求，但其硬度稍低。為此哈爾濱（bīn）工業大學的範會玉在Ni－P的（de）基礎上，將PTFE與SiC微粒複合，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倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜技術

鍍（dù）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（mó）具工作零件表麵，形（xíng）成超硬鍍膜，使模（mó）具工作零件具有優異性能。工業中使（shǐ）用頻率較（jiào）高的穩（wěn）定化合物主要（yào）有（yǒu）TiC、TiN、SiN等。

物理氣相沉積（PVD）是用物理方（fāng）法使鍍（dù）膜材料汽化後在基體表麵沉積成覆蓋（gài）層的實用技（jì）術。該技（jì）術在20世紀初開始應用（yòng），在最近30年發展迅（xùn）速，成為了一門具有廣闊（kuò）應用前景的新技（jì）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的冷作（zuò）模具。江西省科學

院應用物理（lǐ）研究所的彭（péng）文（wén）屹、張德元采用多弧離子鍍膜（mó）法對20根經TiN塗層處理的冷擠壓凸模（mó）進行實際使用壽命試驗，發現其壽命提（tí）高1.5倍以上；廣（guǎng）州有色（sè）金屬研究院的林鬆盛、代明江對（duì）物理氣相沉積（jī）硬質薄（báo）膜在工模具（jù）上的應用進行了詳細研究，指出該技術能明顯提高模具的使用壽命和（hé）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（fù）雜的（de）模具零件表麵進行處理存在（zài）一定限製。

化學氣相沉積（jī）（CVD）是在900～2000℃範圍（wéi）內用化學方法使氣體在基體材料表麵發生（shēng）化學（xué）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（zhuàng）幾乎沒有（yǒu）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勻塗覆，彌補了物理（lǐ）氣相沉積的相關缺陷，例如在模（mó）具表麵強化中經常使（shǐ）用的TiC塗層硬度高，耐（nài）磨性好，摩擦因數小，減摩（mó）性好，抗咬合性強，大幅度提（tí）高模具的使用壽命。但CVD法存在處理溫度高，仍需進（jìn）行淬火處理，會導致（zhì）較大變形等缺陷，因此在（zài）高精度（dù）模（mó）具的製造中此技（jì）術的使用受到一定限（xiàn）製。

等離子增（zēng）強化學氣相沉積（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，在低溫下沉積出優質鍍層（céng）的實用（yòng）技術，是介於（yú）CVD和PVD之間的一種處理方法。用PCVD法將塗層（céng）鍍覆在模具工作（zuò）零件表麵，經實踐證明，經濟效（xiào）益非常可觀。重慶工學院（yuàn）的張（zhāng）葉成、張津對PCVD技術（shù）在模具強化中（zhōng）的應用進行研（yán）究，發現利用PCVD技術在W18Cr4V冷擠（jǐ）壓模具（jù）上沉積一（yī）層TiC，比無沉積膜層的模具壽命提高10倍以上；將PCVD法（fǎ）用於塑料製品模（mó）具上可提高（gāo）模具壽命1～4倍。北京航空航天（tiān）大學的陶冶教授籌建了PCVD表麵強化技術研究實驗室，自行（háng）設計製造了試驗（yàn）設（shè）備和輔助配套（tào）設施，並及時得到（dào）了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（mó）具表麵強化技術，具有工藝溫度（dù）低（dī）、均鍍性好和鍍層結合力高等優點，適用於所（suǒ）有高（gāo）溫回火模具和部分低溫回火模（mó）具的（de）製（zhì）備，是目前唯一一種既適用於刀具強化又適用於形狀複

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

並且應用前景非常廣（guǎng）闊。

1.5 高能束流強化技術

高能束流強化技術具有非接（jiē）觸、精確可控、材（cái）料適應性廣、柔性強、質（zhì）量優、資源節約和環境友好等綜（zōng）合優勢，既可用於大（dà）批量高效自動化生產，又適用於多品種、小批量加工，甚至個性化產品的訂製，是模具（jù）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（jù）、熱作（zuò）模具（jù）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。有重大應用價值。

2、表麵強化技術在模具製造（zào）中的應用前景展（zhǎn）望

根據研究，稀土元素可以（yǐ）強化表麵，提高滲速，淨化穩定晶界，同時改善模具零件（jiàn）表麵（miàn）組織、物理化學性能和機械加工性能。把稀土元素應用在複合表麵強化技術過程（chéng）中（zhōng），可獲（huò）得（dé）更加明顯（xiǎn）的效果。如在（zài）Ni－Cu－P－MoS2鍍層中（zhōng）加入稀土，可使（shǐ）模具型（xíng）腔麵的耐磨壽命延長（zhǎng）近5倍。除此（cǐ）之外，稀土元素在（zài）化學沉積（jī）、電沉積、噴塗和激光（guāng）塗覆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（sù）應用於模具製造將是（shì）今後研（yán）究的重（chóng）要方向。

隨著納米技術的飛速發展，其在提高模具的生產（chǎn）率和壽命方麵效果顯著。但該技術還存在許多不完善的（de）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、沉積參數不明確、針對模（mó）具零件表麵強化機理未明（míng）等問題。

3、結論

模具工作零件表麵強化技術可（kě）以在一定程度上彌補目前模具材料的一些不足，並（bìng）已顯現（xiàn）出極強的發展潛（qián）力，但就目前的模具零件表麵強化技術而言，仍存在一些不足，其應用也受到一定限製，隻要注重研究開發，一定會加快（kuài）和完善表麵強化技術在模具製造（zào）過程中的應用。

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