模具（jù）製造中的表麵強化技術是指模具工作零件表麵經預處理後，通過單（dān）一或複合表麵技（jì）術處理，使模具工作零件獲得所（suǒ）需表麵或綜合性（xìng）能（néng）的專業（yè）強化（huà）技（jì）術。該技（jì）術的功（gōng）能性、環保（bǎo）性和增效性等（děng）優勢在模（mó）具製造成本、模具質量和（hé）模具壽命等方麵起著尤為重要的作（zuò）用。在生產中（zhōng），綜合考慮（lǜ）該技術的特點、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、質量，獲取突出的經濟效益。

1、表麵強化技術在模具製造（zào）中的應用現（xiàn）狀

1.1 滲碳表麵化學熱處理

滲碳工藝是一（yī）種較常使用（80%以上）的模具表麵強化技術，該（gāi）工藝主要針對塑（sù）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（yìng）內韌”的效（xiào）果（guǒ），即工作零件表麵獲得硬度、

耐磨性、疲勞強度等性能的提（tí）升，而心部仍保持（chí）原來的（de）塑（sù）韌性、強度，符合對模具工作零件使用（yòng）性能的要求。具有滲速快、滲層深、成本低，且滲層和基（jī）體零件之間具有較完美的結合性能，

結合層之（zhī）間實現平穩過渡。但操作溫度較高（900～950℃），尤其是離子（zǐ）滲碳（tàn）溫度可（kě）達1100℃，且滲碳後還需進行相應的熱處（chù）理，從而導致模具變形的可能性加大，因此高精度塑（sù）料模具不建議（yì）采用該項技術。

氣體（tǐ）滲碳溫度一般為920～950℃，經王榮濱試驗綜合（hé）評定：滲碳（tàn）層表麵最合理的含碳量為（wéi）ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層（céng）由外向內碳質量（liàng）分數梯度（dù）應均勻平緩，淬火組織中不允許有粗條狀馬氏（shì）體，過多殘奧，網（wǎng）狀碳化物和（hé）黑（hēi）色（sè）屈氏體。過高的碳（tàn）質量分數易使模具零（líng）件組織中出現網狀碳化（huà）物等惡性組織，影響模具質量和壽（shòu）命，在後續加工（gōng）過程中易出現應力集中，產生龜裂等（děng）現象。

離子（zǐ）滲碳溫（wēn）度一般為900～960℃，與氣體滲碳比較，離子滲碳具有效率高、變形小、汙染小、可（kě）處理任（rèn）何形狀的模具零件表（biǎo）麵等優（yōu）點，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（tú）技術

熱噴塗技術是一種發展極為迅速（sù）的表（biǎo）麵強化新技術，它是利用熱源（電弧、離子弧、火焰等）將噴（pēn）塗材料加熱到熔（róng）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（lǐ）的基（jī）體表麵（miàn），依靠物理變化和化（huà）學變化，與（yǔ）基體結合的工（gōng）藝方法，此結合層，能提高模具零件的耐磨、耐（nài）蝕、耐熱等（děng）性能，且操作簡便，成本較（jiào）低。近年來，該項技術（shù）在（zài）模具表麵強（qiáng）化中的應用得到進一步發展和完善，廣州有色金屬（shǔ）研究（jiū）院采用超音速噴（pēn）塗（tú）硬質合金工藝，使Cr12不鏽鋼拉（lā）深

模（mó）的壽命提高了3～10倍。同時該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形與模具技術國家重點實驗室的張祥林等（děng）采用超音速火焰噴塗（HVOF）技（jì）術，在Cr12MoV模具（jù）鋼表麵（miàn）製備（bèi）了納米結構的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（dù）高於1000HV。運用（yòng）HVOF技術對（duì）冷擠壓模（mó）修複（fù）後（hòu），完全能滿足企業的使用要（yào）求。

1.3 複合（hé）表麵（miàn）電鍍（dù）技（jì）術

電鍍技術是一種用（yòng）電（diàn）化學（xué）方法在基體表麵沉積金屬或金（jīn）屬化處理（lǐ）的技術。電鍍硬鉻和硬鎳是我國塑料模具表麵處理的傳統（tǒng）技術（shù）。該技術在近室溫下進行，模具性能（néng）幾乎不受影響，也不會出（chū）現嚴重變形，

同時電鍍層的表麵（miàn）粗（cū）糙度較低，硬度升高為800HV。但仍存在（zài）諸多問題，如：耐蝕性不高，溝槽、深孔無法處理，使其在模具強化中的（de）應（yīng）用（yòng）受到一定限製（zhì），目前（qián）隻可用於強化普通塑料模具的耐（nài）磨性，不適用於形狀複雜（zá）且（qiě）耐蝕性要求高的塑料模具。

目前，複（fù）合鍍是（shì）模具行業中鍍層技術應用最有活力的領域。複合電刷鍍可強（qiáng）化模具型腔表麵，也可用於修複模具型腔表麵。研究發現，在模具型（xíng）腔表麵刷鍍非晶態鍍（dù）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（pǐn）種較多（duō），且參數調整範圍較寬（kuān），可操作性強，充分（fèn）體現出鍍（dù）層（céng）的多樣性和綜合性。大連理工大學的於同敏、劉貴昌等將Ni－P－PTFE複合鍍用於UPVC管件模具表麵強化，解（jiě）決UPVC材料（liào）對模具表麵（miàn）的腐蝕有明顯效果，達到模具成型表麵耐磨耐腐蝕等綜合（hé）性能要求，但其硬度稍低（dī）。為此哈爾濱工業大（dà）學的範會玉在Ni－P的基（jī）礎上，將PTFE與SiC微粒（lì）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

鍍膜技術也就是氣（qì）相沉積技術，是將具有特殊性能的穩定化合物沉積於模具工作（zuò）零（líng）件表麵，形成超硬鍍膜，使模具工作零件具有優異性能。工業（yè）中使用頻率較高的（de）穩定（dìng）化合物主（zhǔ）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體表麵沉積成覆蓋層的實用（yòng）技術。該技（jì）術在20世紀初開始應用，在最近30年發展迅速（sù），成（chéng）為了一門具有廣闊（kuò）應用前景的新（xīn）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的冷作模具。江西省科學（xué）

院應用物理（lǐ）研究所（suǒ）的彭文屹、張德元采用多弧離子鍍膜法對20根經TiN塗（tú）層處理的冷擠壓凸（tū）模進行實際（jì）使用壽命試驗（yàn），發現其壽命（mìng）提高（gāo）1.5倍以（yǐ）上；廣州有色金屬研究院的林鬆盛、代明江對物理氣相沉積硬質薄膜在工模具（jù）上的應用進行了詳細研究，指出該技術能明顯提高模具的（de）使用壽命（mìng）和工件加工質量（liàng）。但是PVD法也存在著諸如繞鍍性差等缺點，對形狀複雜的模具（jù）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（fǎ）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（gāi）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有要求，諸如形（xíng）狀複雜或帶有槽（cáo）溝及小孔的零件均（jun1）可進行（háng）均勻塗覆，彌補了物理氣相沉積的相關缺陷，例如在模具表麵強化中經常使用（yòng）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（de）使用壽命。但CVD法存在處理溫度高，仍需進行淬火處理，會導致較大變形等缺陷，因此在（zài）高精度模具的製造中此技術（shù）的使用受到一定限製。

等離子增強（qiáng）化（huà）學氣相沉積（jī）（PCVD）是（shì）利（lì）用輝光放電增（zēng）強反應物化學活性，促進氣相（xiàng）間（jiān）的化學反應，在低溫下沉積出優質（zhì）鍍層的（de）實用技術，是介於CVD和PVD之（zhī）間（jiān）的一種處理方法。用PCVD法將塗層鍍覆（fù）在模具工作零件表麵（miàn），經實（shí）踐證明，經濟效益非常可觀。重慶工學院（yuàn）的張葉成、張津對PCVD技術在模具（jù）強化中的（de）應用（yòng）進行研究，發現利用PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓（yā）模具上沉積一層TiC，比無沉積膜層（céng）的模具壽命提高10倍（bèi）以上；將PCVD法用於塑料（liào）製品模（mó）具（jù）上可提高模具（jù）壽命1～4倍。北京航空航天大學的陶冶教（jiāo）授籌建了PCVD表麵強化技術研究實驗室，自行設計製造了試驗設備和輔助配套設施，並及（jí）時得到了自然科學基金的資（zī）助。項目組（zǔ）研製了基於PCVD複合滲鍍法的模具（jù）表麵（miàn）強（qiáng）化技（jì）術，具有工藝溫度低、均（jun1）鍍性（xìng）好和鍍層結合力高等（děng）優點，適用於所有高溫回（huí）火模具和部分低（dī）溫回火模（mó）具的製備，是目前唯一一種既適（shì）用於刀具強化又適用於形狀複（fù）

雜的（de）模（mó）具表麵強化的氣相沉積表麵強化技術（shù）。由此可（kě）見，PCVD技術在模具零件強化領域中的應用已經有所（suǒ）成就，

並且應用前景非（fēi）常廣闊。

1.5 高能束流強化技術

高能束流強化技（jì）術具有非接觸、精確可控（kòng）、材料適（shì）應性廣、柔性強、質量優、資源節約和環境友好等綜合優勢，既可（kě）用於大批量高（gāo）效自動化生（shēng）產，又適用（yòng）於多品種、小批量加工，甚至個性化產品的訂製（zhì），是模具製造業中不可缺少的重要（yào）技術。其中，離子注入技術以（yǐ）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中的應用前景（jǐng）展望

根據（jù）研究，稀（xī）土元（yuán）素可（kě）以強化表麵，提高滲速，淨化穩定晶界（jiè），同時改善模具零件表（biǎo）麵組織、物理化學性能和機械加工（gōng）性能。把稀土元素應用在複合表麵強化技術過程中，可（kě）獲得（dé）更加明顯的效果。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長近5倍。除此之外，稀土元（yuán）素在（zài）化（huà）學沉積、電沉積、噴塗和激光塗覆等方麵都具有明顯的改善作用，但效果尚不十分穩定，可見稀土元素應用於模具製造將是今後研究的重要方向。

隨（suí）著納米技（jì）術的飛（fēi）速發展，其在（zài）提高模具的生產率（lǜ）和壽命方麵效果顯著。但該技術還存在許多不完善的地方，尚有許多工作要做，如：複雜的模具型（xíng）腔表麵塗層不（bú）均勻、沉積參數不明確、針對模具（jù）零件（jiàn）表麵（miàn）強化機理未（wèi）明等（děng）問題。

3、結論

模具工（gōng）作零件表麵強化技術可以在（zài）一定程度上（shàng）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麵強（qiáng）化技術而言，仍存在一些不足，其應用也受到（dào）一（yī）定限製，隻（zhī）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（de）應用。

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