模具製造中的表麵強化技術是指模具（jù）工作零件表麵經預處理後，通（tōng）過（guò）單一或複合表麵技術處（chù）理，使模具工（gōng）作（zuò）零件獲得所需表麵或綜合（hé）性能的（de）專業（yè）強化技術。該技術的功能性（xìng）、環保性和增效性等優（yōu）勢在模具製造成本、模具質量和模具壽命（mìng）等方（fāng）麵起著尤為重（chóng）要的作用。在生產中，綜合考慮該技術的（de）特點、模具工作條件和生產的經濟性等因素，選擇眾因素的最佳匹配點，可顯著改善模具壽命、質（zhì）量，獲取突出的經（jīng）濟效益。

1、表麵強化技術在模具製造中的（de）應用現狀

1.1 滲碳表麵化（huà）學熱處理

滲碳工藝是一種較常使用（80%以上）的模（mó）具表麵強化技術，該工藝主要針對塑料模（mó）具型腔的表麵強化。經滲碳處理（lǐ）後的模具工作零（líng）件（jiàn），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、疲勞強度等性（xìng）能的提（tí）升，而心部仍保（bǎo）持原來的塑（sù）韌性、強度，符（fú）合對模具工作零件使用性能的要求。具（jù）有滲速（sù）快、滲層深（shēn）、成本低，且滲層和基體零件之間具有較完（wán）美的結（jié）合性能，

結合層之間實現（xiàn）平穩過渡。但操作溫（wēn）度較高（900～950℃），尤其是離子滲（shèn）碳溫度可達1100℃，且滲碳後還需（xū）進行相應的熱處理，從（cóng）而導（dǎo）致模具變形的（de）可能（néng）性加大，因此高精度塑料模具不建（jiàn）議采用該項技（jì）術。

氣體滲（shèn）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（lǐ）的含碳量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外（wài）向內碳質量（liàng）分數梯度應均勻平緩，淬火組織中不允許有粗條狀（zhuàng）馬氏體，過多殘奧，網狀碳化物和黑色屈氏體。過（guò）高的碳質量分數易使模具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（děng）現象。

離子滲碳溫度（dù）一（yī）般（bān）為900～960℃，與氣體（tǐ）滲碳比較，離子滲（shèn）碳具（jù）有效率高、變（biàn）形小、汙（wū）染小、可處理（lǐ）任何形狀的模具零件表麵等優點，更適合在塑料（liào）模具和衝壓模具表麵強化加工中應（yīng）用（yòng）。

1.2 火焰表麵熱噴塗技術

熱噴塗技術（shù）是一種發展極為（wéi）迅速的表麵強化新技術，它是利用（yòng）熱（rè）源（電弧、離子弧、火焰（yàn）等）將噴塗材料加熱到熔融或半熔融（róng）狀態，並（bìng）使其霧化，以一定（dìng）的速度（dù）噴向經過預處理的基體表麵，依靠物（wù）理變化和化學變化（huà），與基體結合的工藝（yì）方（fāng）法（fǎ），此結（jié）合層，能提高模具零（líng）件的耐磨、耐蝕、耐熱等性能，且操作簡便，成（chéng）本較低。近年來，該項技（jì）術在模具表麵強化（huà）中的應用得到（dào）進一步發展和完善，廣州有（yǒu）色金屬研究院（yuàn）采用超音（yīn）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。同時該技術應（yīng）用在模具（jù）修複中（zhōng）也（yě）取得較大進步，如華中（zhōng）科技大學材料成形與模具技術國家重點實驗（yàn）室的張祥林等采用超音速火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納米結構的（de）WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗（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（duì）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（jì）術

電（diàn）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處理的技術。電鍍硬鉻和硬鎳是我國塑料模具表麵處理的傳統技術。該技術在（zài）近室溫下進行（háng），模具性能幾乎不受影響，也不會出現（xiàn）嚴重變形，

同時電鍍層的表麵粗糙度較低，硬度升（shēng）高為800HV。但仍存在諸多問題，如（rú）：耐蝕性不高，溝槽、深（shēn）孔（kǒng）無法處理，使其在（zài）模具強化中的應用受到一定限（xiàn）製，目前隻可用於強化普通塑料模具（jù）的（de）耐磨性，不適用於形狀複雜且耐蝕性要求高的塑（sù）料模（mó）具。

目前，複合鍍是（shì）模具行業中鍍層技術應用最有活力的領域。複合電（diàn）刷鍍可強化模具型腔表麵，也可（kě）用於修複模具型腔（qiāng）表麵。研究發現，在模具型腔表麵刷鍍（dù）非晶態鍍層（0.01～0.02mm），可延長壽（shòu）命0.5～1.0倍。複（fù）合（hé）鍍層中可加入微粒的品種較多，且參數調整範圍較寬，可操作性強，充分體（tǐ）現出鍍層的多樣性和綜合性（xìng）。大連理工大學（xué）的於同敏、劉貴昌等將Ni－P－PTFE複合鍍用（yòng）於UPVC管件模具表麵強化，解決UPVC材料對（duì）模具表麵的腐蝕有明顯效果，達到（dào）模具成型表麵耐磨耐（nài）腐蝕等（děng）綜合性能要求，但其硬度稍低。為此哈爾濱工業（yè）大學的（de）範會玉在Ni－P的基（jī）礎上，將PTFE與SiC微粒複合，應用在（zài）玻璃纖維增強的塑（sù）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（biǎo）麵鍍膜（mó）技術（shù）

鍍膜技術也就是氣相沉積技術，是將具有特殊性能的穩定（dìng）化合（hé）物（wù）沉積於模具（jù）工作零件（jiàn）表麵，形成（chéng）超硬鍍膜（mó），使模具工作零件（jiàn）具有優異性能。工業中使用頻率較高的穩定化合物主要有TiC、TiN、SiN等。

物理氣相沉（chén）積（PVD）是（shì）用物理方法使（shǐ）鍍膜材料汽化（huà）後（hòu）在基（jī）體表（biǎo）麵沉積成覆蓋層的實（shí）用技術。該技術在20世紀初開始應用，在最近30年發展迅速，成（chéng）為了一門具有廣闊應用前景的新技術，並逐漸（jiàn）向環保型、清潔型趨勢發展，主要用（yòng）於製造（zào）精度較高的冷作模具。江西（xī）省科學

院（yuàn）應用物理（lǐ）研究（jiū）所的彭文屹、張德元采用多弧離（lí）子鍍膜法對20根經TiN塗層處理的冷擠壓凸模進行實際使用壽（shòu）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（shèng）、代明江對物理氣相沉積硬質薄膜在工模具上的應用進（jìn）行了詳細研究，指出該技術能明顯提高模（mó）具的使用壽命和工件加工質量。但是（shì）PVD法也存在（zài）著諸如繞鍍性差等缺點（diǎn），對形狀複雜的模具（jù）零件表麵（miàn）進行處理存在一（yī）定限製。

化學氣相沉積（CVD）是在900～2000℃範（fàn）圍內用化學方法使氣體在基體材料表麵（miàn）發（fā）生化學反應（yīng）並形成覆蓋層的實用技術。該技術（shù）沉積溫度高、塗層結合牢固，對模具零件表麵形狀幾乎沒有要求，諸如形狀複雜或帶有槽（cáo）溝及小孔的零件（jiàn）均可進行均勻塗覆，彌補了物理氣相沉積的相關缺陷，例如在模具（jù）表麵強化中經常使用的TiC塗層（céng）硬度（dù）高，耐（nài）磨性（xìng）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法存在處理溫度高，仍需進行淬火處理，會導致較大（dà）變形等缺（quē）陷，因此在高（gāo）精度模（mó）具的製造中此技術的使（shǐ）用受到一定限（xiàn）製。

等離子增強化學氣相沉積（PCVD）是利用輝光（guāng）放電增（zēng）強反（fǎn）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（shí）用（yòng）技術（shù），是介於CVD和PVD之間的一種處（chù）理方（fāng）法。用PCVD法將塗層鍍覆在模具工作零件表麵，經實踐證明，經濟（jì）效益非常可觀。重慶工學院的張葉成、張津對PCVD技術在模具強化中（zhōng）的應用（yòng）進行研究，發（fā）現利（lì）用PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模（mó）具（jù）上沉積一層TiC，比無（wú）沉積膜層的模具壽命提高10倍以上；將PCVD法用於塑料製（zhì）品模具上可提高模具壽命1～4倍。北京航空航天大學（xué）的（de）陶冶教授籌建了PCVD表麵強化技術研究實驗室，自（zì）行設計製造了試驗設備和輔助配套設（shè）施，並及時得到了自然科學基金的資助。項目組研製了基於PCVD複合滲鍍法的模具表麵強化技術，具有工藝溫度低、均鍍性好和鍍層結合力高等優點，適用於所有高溫（wēn）回火模具和部分低溫回火（huǒ）模具的製備，是目前唯一一種既適用於刀具強化（huà）又適用於形狀（zhuàng）複

雜的（de）模具表麵強化（huà）的氣相沉積表麵強化技術。由（yóu）此可見，PCVD技（jì）術在模（mó）具零（líng）件強（qiáng）化領域中的應用已經有所成就，

並（bìng）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、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（hé）優勢，既可用於大批量高效自動化生產（chǎn），又適用於多（duō）品種、小批量加工（gōng），甚至個性化產品的訂（dìng）製，是模具製造業中不可缺少的重要技術。其（qí）中，離子注入技術以其幾乎完美的強化效果在冷作模具、熱作模具和塑料模具等領域中得到廣泛應用，其平均壽命（mìng）一般可提高2～10倍。有重大（dà）應用（yòng）價值。

2、表麵強化技（jì）術在模具製造中的應用前景展望

根據（jù）研（yán）究，稀（xī）土元素可以強（qiáng）化表麵，提高滲速，淨化穩定晶界，同（tóng）時改（gǎi）善模（mó）具零件表麵組織、物理（lǐ）化學性能和機械加工性能。把稀土元素應用在複合表麵（miàn）強化技術過程中，可獲得更加明顯的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加入稀土（tǔ），可使模（mó）具型腔麵的耐磨壽命延長近5倍。除此之外，稀土（tǔ）元（yuán）素在化學沉積、電沉積（jī）、噴塗和激光塗覆等方麵都具有明顯的改善作用（yòng），但效果（guǒ）尚不十分穩定，可見稀土元素應用於模具製造將是（shì）今後研究（jiū）的重要方向。

隨著（zhe）納米技術的飛速發展，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（cún）在許多不（bú）完善（shàn）的地方，尚有許多工作要做，如：複雜的模具型腔表麵塗層（céng）不均勻、沉積參數不明（míng）確、針對模具零件表麵強化機理未明等問題。

3、結論

模具工作零（líng）件表（biǎo）麵強化技術（shù）可（kě）以（yǐ）在一定程度上彌補目前模具材料（liào）的一些不足，並已顯現出（chū）極強的發展潛力（lì），但（dàn）就目（mù）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（zhì），隻要注重研究開發，一定會加（jiā）快和完善表麵（miàn）強化技術在模具製造過程中的應用。

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