模具製（zhì）造中（zhōng）的表麵強化技（jì）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（zōng）合性能（néng）的專業強化技術（shù）。該技術的功能性、環保性和增效性等優勢在模具製造成本、模（mó）具質量和模具壽命等方麵起著尤為重要的作用。在生產中，綜合考慮該（gāi）技術的特（tè）點、模具工作條件（jiàn）和生產的經濟（jì）性等因素，選擇眾（zhòng）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中的（de）應用（yòng）現狀

1.1 滲碳表麵（miàn）化學熱處理

滲碳工藝是一種較常使用（yòng）（80%以上）的模具（jù）表麵強化技術，該工藝主要針對塑料模具型腔的表麵強化。經（jīng）滲碳處理後的模具工作零件，可達到“外硬內韌”的效（xiào）果（guǒ），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，而心部仍保持原來的塑（sù）韌性（xìng）、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（céng）深、成本低，且滲層和基體零件之間具有較完美的結合性能，

結合層之間實（shí）現平穩過渡。但操作溫度較高（900～950℃），尤其是離子滲碳溫度可達1100℃，且滲（shèn）碳（tàn）後（hòu）還需（xū）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（mó）具（jù）不建議采用該項技術。

氣體滲碳溫度（dù）一般為920～950℃，經王榮（róng）濱試驗綜合評定：滲碳（tàn）層表（biǎo）麵最合理（lǐ）的含碳量為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（xǔ）有粗條狀馬氏體，過多（duō）殘奧，網狀碳化物和黑（hēi）色屈氏體（tǐ）。過高的碳質量分數易使模具零（líng）件組織中（zhōng）出現網狀碳化物等惡性組織，影響模（mó）具質量和壽命，在後續加工（gōng）過程中易出現應力集中，產（chǎn）生（shēng）龜裂等現象。

離子滲碳溫度一般為900～960℃，與氣體滲碳比較（jiào），離子滲碳具有（yǒu）效率高、變形小、汙染小、可（kě）處理任何形狀的模具（jù）零件表麵等優點，更適合在塑料模具（jù）和衝壓模具表麵強化加工（gōng）中應用（yòng）。

1.2 火焰表（biǎo）麵熱噴塗技術

熱（rè）噴塗技術（shù）是一種（zhǒng）發展極為迅速的表麵強（qiáng）化新技術，它是利用熱源（電弧、離子弧、火（huǒ）焰等）將噴塗材料加熱到熔融或半熔融狀態，並使（shǐ）其霧化，以一定的速（sù）度噴向經過預處理的基體表麵，依靠物理變化和（hé）化學變化，與基體結合（hé）的工藝方法，此結合層，能提高模具零件的耐磨、耐蝕、耐熱（rè）等性能（néng），且操作簡便，成本較低。近年來，該項技術在模具表（biǎo）麵強化中的應用得到進一步發展和完善，廣州（zhōu）有色金屬研究院采用超音速噴塗硬質合金工藝，使Cr12不鏽鋼拉深

模的（de）壽命提高了3～10倍。同時該技術應（yīng）用在模具（jù）修複（fù）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（zhāng）祥林（lín）等采（cǎi）用超音速火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模（mó）具鋼表麵製備了（le）納米結構的WC12Co金屬（shǔ）陶瓷（cí）塗層（céng），測得塗層平均剪切強度達150.8MPa，塗層的結合強度大於80 MPa，塗層硬度高於1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓模修複後，完全能滿足企業的使（shǐ）用要求。

1.3 複合表麵電（diàn）鍍（dù）技術

電（diàn）鍍技術（shù）是（shì）一種用電化（huà）學方（fāng）法（fǎ）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。該技術在近室溫下進行，模具性（xìng）能幾乎不受影響，也不會出現嚴（yán）重變形，

同時電鍍層的表麵粗糙度較（jiào）低，硬度升高為（wéi）800HV。但仍存在諸多問題，如：耐蝕（shí）性不高，溝槽、深孔無（wú）法處理，使其在模具強化中的應用受到一定（dìng）限製，目前隻可（kě）用於強化普通塑（sù）料模具的耐磨性，不適用於形狀複（fù）雜且耐蝕性要求高的塑料模具（jù）。

目前，複合鍍是（shì）模（mó）具行業（yè）中鍍層技術應用最有活力的領域。複合電刷鍍可強化模具型腔表麵，也可（kě）用於修複模具型（xíng）腔表麵。研究發現，在（zài）模具型腔表麵刷鍍非晶（jīng）態鍍層（0.01～0.02mm），可延長（zhǎng）壽命0.5～1.0倍。複合鍍層中可加入微粒的品種較（jiào）多，且（qiě）參數調整範圍較寬，可操作性強，充分體（tǐ）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（chāng）等將Ni－P－PTFE複合（hé）鍍用於（yú）UPVC管件模具表麵強化（huà），解（jiě）決UPVC材料對模具表（biǎo）麵的腐蝕有明（míng）顯效果，達到模具成型表麵耐磨（mó）耐腐蝕等綜合（hé）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PTFE與SiC微粒複合，應用在玻（bō）璃纖維（wéi）增強的塑料成型模具中，實踐表（biǎo）明（míng）可使其壽（shòu）命提高（gāo）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（shū）性能的穩定化合物沉積於模具工作零件表麵，形成超硬鍍膜，使（shǐ）模具工作零件具有優異性能。工業中使用頻率較高的穩定化合物主要有TiC、TiN、SiN等。

物理氣相沉積（PVD）是用（yòng）物理方法使鍍膜材料（liào）汽化後在基體表麵沉積成覆蓋層的實用技術。該技術在20世紀初開始應（yīng）用，在最（zuì）近30年發展迅速，成為了一門具有（yǒu）廣闊應用前景的新技術，並（bìng）逐（zhú）漸向（xiàng）環（huán）保型、清潔型趨勢發展，主要（yào）用於製造精度較高的（de）冷作（zuò）模具。江西省科學

院應用物理（lǐ）研究所的彭文屹、張（zhāng）德元采用多弧（hú）離子鍍（dù）膜法對20根經TiN塗層處理的冷擠壓凸模進行實（shí）際使用壽命試（shì）驗，發現其壽命（mìng）提（tí）高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（qì）相（xiàng）沉積硬質薄膜在（zài）工模具（jù）上的應用進行了詳細研（yán）究，指出該技術能（néng）明顯提（tí）高模（mó）具的使用壽命和工（gōng）件（jiàn）加工（gōng）質量。但（dàn）是PVD法也存在著諸如繞鍍性（xìng）差等缺點（diǎn），對形狀複雜的模具零件表麵進行處理（lǐ）存（cún）在一定限製。

化學氣相沉（chén）積（CVD）是在900～2000℃範圍內用化學（xué）方（fāng）法使氣體在基體材料表麵（miàn）發生化學反應並形成覆蓋層（céng）的（de）實用技術。該技術沉（chén）積溫度高、塗層結合牢固，對模具零件表（biǎo）麵形狀（zhuàng）幾乎沒有要求，諸如形狀複雜或帶有槽溝及（jí）小孔的零件（jiàn）均可進（jìn）行均勻塗覆，彌補了物理氣相（xiàng）沉積的相關缺陷，例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（cún）在處理溫度高，仍需進行淬（cuì）火處理，會導致較（jiào）大變（biàn）形（xíng）等缺陷，因此在高精度模具的製造（zào）中此（cǐ）技術的使用受到一（yī）定限製。

等離子增（zēng）強化學氣相沉積（PCVD）是利用輝光放電增強反應物（wù）化學活性，促進氣相間的化學反應，在低（dī）溫下（xià）沉積出優質鍍層的實用技（jì）術，是介於CVD和PVD之間的一種處理方（fāng）法。用PCVD法將塗層鍍覆在模具工作零件表（biǎo）麵，經實踐證明，經濟效益非常可觀（guān）。重慶工學院的張葉成、張津對PCVD技（jì）術在模具強化中的應用進行研究，發現利用PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模（mó）具上沉（chén）積一層TiC，比無沉積膜（mó）層的（de）模具壽（shòu）命提高10倍以（yǐ）上；將PCVD法用（yòng）於塑料製品模具上可提高模具壽命1～4倍。北（běi）京航空航天大學的陶冶教授（shòu）籌建了PCVD表麵強化技術研（yán）究實驗室，自行（háng）設計製造了（le）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助。項目組研製了基於PCVD複合滲鍍法的模具表（biǎo）麵強化技術，具有工藝溫度低、均鍍性好（hǎo）和鍍（dù）層結合（hé）力高等（děng）優點，適用於所有高溫回火模具和部分低溫回火模具的製備，是目前唯一一種既（jì）適用於刀（dāo）具強化又適用於形狀複

雜（zá）的模具表麵強化的氣相沉積表麵強化技術。由此可見，PCVD技術在（zài）模具（jù）零（líng）件強化（huà）領域中的（de）應用已經有所成就，

並且應（yīng）用前（qián）景非常廣闊。

1.5 高能束流強化技術

高能束流強化（huà）技術具有非接觸（chù）、精確可控、材料適應性廣、柔性強、質量優、資源節約和環境友（yǒu）好等綜合（hé）優勢（shì），既可用於大批量高效自動化（huà）生產，又適用於多品種、小批量加工，甚至個（gè）性化產品的訂製，是模具製造業中不可缺少的（de）重要技術。其中，離子注入技術以其幾乎完美的強化效果（guǒ）在冷作模具、熱作（zuò）模具和塑料模具等領域中得到廣（guǎng）泛應用，其（qí）平均壽（shòu）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（zhì）造中的（de）應用前景展望

根據（jù）研究（jiū），稀土元素可以強化（huà）表麵，提高滲速，淨（jìng）化（huà）穩定晶界，同時改善模具零（líng）件表麵組織、物理化學性能和（hé）機（jī）械加工性能。把稀土元素應用在複合表麵強化技術過程中，可獲得更加明顯的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加入稀土，可使模具型腔麵的耐磨（mó）壽命延長近5倍。除此之外，稀土元素在化學沉積、電沉積、噴塗（tú）和激光塗覆（fù）等方麵都具有明顯（xiǎn）的改善作用，但效果尚不十分穩定，可見（jiàn）稀土元素應用於（yú）模具製造將是今後研究的重要方向。

隨著納（nà）米技術的飛速發展，其在提高模具的（de）生產率和（hé）壽命方麵效果顯著。但該技術還存在許多（duō）不完善的地方，尚有許多工作要做，如：複雜的模（mó）具型腔表麵塗層不（bú）均勻、沉積參數（shù）不明確、針對模具零件（jiàn）表麵強化機理未明等問題。

3、結（jié）論（lùn）

模具工作零件表麵強化技（jì）術（shù）可以在一定程（chéng）度上彌補目（mù）前模具材料的一些不（bú）足，並已顯現出極強的（de）發展潛力，但就（jiù）目前的模具（jù）零件表麵強化（huà）技術（shù）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，一定會加快和完善表麵強化技術在模具製造過程中的應用。

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