模具製造中的表（biǎo）麵強化技術是指模具（jù）工作零件表麵經預處理後，通過單（dān）一或複合表麵技術處理，使（shǐ）模具工作零件獲得所需表麵（miàn）或綜合（hé）性能的專業強化技術。該技術的功能性（xìng）、環保性和增效（xiào）性等優勢在模（mó）具製造成本（běn）、模（mó）具（jù）質量和模具壽命等方（fāng）麵起著尤為重要的作用。在生產中，綜合考慮該技術（shù）的特點、模具工作條件和生產的經（jīng）濟性等因（yīn）素，選擇眾因素的（de）最佳匹配點，可顯著改善模具壽命、質量，獲取突出的經（jīng）濟效益。

1、表麵強化技術在模具製造（zào）中的應用（yòng）現狀

1.1 滲碳表麵化學熱處理

滲碳（tàn）工藝是一種較（jiào）常使用（80%以上）的模具（jù）表麵強化技術（shù），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）後的模具工作零件，可（kě）達到“外硬內韌”的效果，即工作零（líng）件表麵獲得硬度、

耐磨性、疲勞強度等（děng）性能的提（tí）升，而心部仍保持原來的塑韌性、強度（dù），符合對模具工作（zuò）零件使用性能的要求。具有滲速快、滲層深、成（chéng）本低，且滲層和基體零（líng）件之間具有較完美的（de）結合性能，

結合層之間（jiān）實現平穩過渡。但操作溫度較高（900～950℃），尤（yóu）其是離子滲碳（tàn）溫度可達1100℃，且滲碳後還（hái）需進行相應的熱處理，從而導致模具（jù）變形的可能性加大，因此高精度（dù）塑料模具（jù）不建（jiàn）議（yì）采用該項技（jì）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（tàn）量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向內碳質量分數梯度（dù）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。過高的碳質量分數（shù）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（jù）質量和壽（shòu）命，在後續加工過程中易出（chū）現應（yīng）力集（jí）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（xiǎo）、汙染小、可處理任何形狀的模具零件表麵（miàn）等優點，更適合在塑料（liào）模具和衝壓模具表麵強化加工中應用。

1.2 火（huǒ）焰表麵熱噴（pēn）塗技術

熱噴（pēn）塗技術是一種發展極為迅速的表麵強化新（xīn）技術，它是利用（yòng）熱源（電弧、離子弧、火焰等（děng））將噴塗材料加熱到熔融或半熔融狀態，並使其霧化，以一定的速度噴向經過預處理的（de）基體表麵，依靠物理變化和化學變化，與基體結合的工藝方法，此結合層，能提高模具零件的耐磨、耐蝕、耐熱等性能，且操作簡便（biàn），成本較低。近年來，該項技術在模具表麵（miàn）強化中的（de）應用得到（dào）進一步發展和完善，廣州有（yǒu）色金屬研究院采用超音速噴（pēn）塗硬質合金工藝（yì），使Cr12不鏽鋼拉（lā）深

模的壽命提高了3～10倍。同時該技術應用在模具修複中也取得較大進步，如（rú）華中科技大學（xué）材（cái）料成（chéng）形與模具（jù）技術國家重點實驗室的張祥林等采用超（chāo）音速火焰噴塗（HVOF）技（jì）術，在Cr12MoV模具鋼表麵製備了（le）納米結構的WC12Co金屬陶瓷（cí）塗層，測得塗層平均剪切強度達150.8MPa，塗層的結合（hé）強（qiáng）度大於80 MPa，塗層硬度高（gāo）於1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓（yā）模修複後，完全能滿足企（qǐ）業的使用要求。

1.3 複合表麵電鍍技（jì）術

電鍍（dù）技術是一種用電化學方法在基體表（biǎo）麵沉積金屬或金屬（shǔ）化處理的技術。電鍍硬（yìng）鉻和硬鎳（niè）是我國塑料模具表麵處理的傳統（tǒng）技術。該技術在近室溫下（xià）進行，模具性能幾乎（hū）不受影響，也不會（huì）出現嚴重變形，

同時電（diàn）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：耐蝕性不高，溝槽、深孔無法處理（lǐ），使其在模具強化中的應用受到一定限製，目前隻可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（yǒu）活力的（de）領域。複合電刷鍍可強化模具型腔表麵，也可用於修複模具（jù）型（xíng）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（kě）延長壽命（mìng）0.5～1.0倍。複合鍍層中可加入微粒的品種（zhǒng）較多（duō），且參數調整範圍較寬，可操作性強，充分體現出鍍層的多樣性和綜合性。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材料對（duì）模具（jù）表麵的腐蝕有（yǒu）明顯效果，達到模（mó）具成（chéng）型表麵耐磨耐腐（fǔ）蝕等綜（zōng）合性能要求，但其硬（yìng）度稍低。為此（cǐ）哈爾濱工業（yè）大學的範會玉在Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微粒複合，應用在玻璃纖（xiān）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（dù）膜技術

鍍膜（mó）技術也就是（shì）氣相沉積技（jì）術（shù），是將具有特殊性能的穩定化合物沉積於（yú）模具工作零件表麵，形成超硬鍍膜，使模具工作零件具（jù）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（wù）理（lǐ）氣相沉積（PVD）是用物理方（fāng）法使鍍膜材料（liào）汽化後在基體（tǐ）表麵沉積成覆蓋層的實用技術。該技術在（zài）20世紀初開始應用，在最近（jìn）30年發展迅速，成為了（le）一門具有廣闊應用前景的新技術，並逐漸向環保型、清（qīng）潔（jié）型趨勢發展，主要用於製造精度（dù）較（jiào）高的冷作模具。江西（xī）省科學

院應用物理研（yán）究（jiū）所的彭文屹、張德元采用多弧離子（zǐ）鍍膜法對20根經TiN塗層處理的冷擠壓凸模進行實際（jì）使用壽命試驗，發現其壽命提高1.5倍以上；廣州（zhōu）有色金屬研究院的林鬆盛、代明江對物理氣相（xiàng）沉積硬質薄膜在工模具上的應用進行了詳細研究，指出該技術能明顯提高（gāo）模（mó）具的使用壽（shòu）命和（hé）工件加工質量。但是PVD法也存在著諸如繞鍍性差等缺點（diǎn），對形狀（zhuàng）複雜的模具零件表麵進行處理（lǐ）存在一定限製。

化學氣相（xiàng）沉積（jī）（CVD）是在900～2000℃範圍內用化學方法使氣體在基體材料表麵發生化學反應並（bìng）形成（chéng）覆蓋層的（de）實用技術（shù）。該技術沉積溫度（dù）高、塗層結合（hé）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溝及小孔的零（líng）件（jiàn）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（kàng）咬合性強，大幅度提高模具（jù）的使用壽命。但CVD法存在處理溫度高，仍需（xū）進行淬火處理，會導致較大變形等缺陷（xiàn），因此在高精度模（mó）具的製造中此技（jì）術的使用受到一定限製。

等離（lí）子增強化學（xué）氣相沉積（PCVD）是利用輝光放電（diàn）增強反應（yīng）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（dù）層的實用技術，是介於CVD和PVD之間的一種處（chù）理方法。用PCVD法（fǎ）將塗層鍍覆在模具工作（zuò）零件表麵，經實（shí）踐證明，經濟（jì）效益非常可觀。重慶工（gōng）學院的張（zhāng）葉成、張津（jīn）對PCVD技術在模具強化中的應用進行研究，發現利用PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模具上（shàng）沉積一層TiC，比無沉積膜層的模具壽命提高10倍以上；將PCVD法用於塑料製品模具上可提高模具壽命1～4倍（bèi）。北（běi）京航空（kōng）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，自行設計製造了試驗設（shè）備（bèi）和輔助（zhù）配套設施，並及時得（dé）到了自然科學基金的資助。項目組研製了基於PCVD複合滲鍍（dù）法的模具表麵強化技術，具有工（gōng）藝溫度低、均鍍性好和鍍層結合力高等優點，適用於所有高溫回火模具和部分低溫回火模具（jù）的製（zhì）備，是目前唯一一種（zhǒng）既適用於刀具（jù）強化又適（shì）用於形狀複

雜的模具表麵強化的氣相沉積表麵強化技術。由此可見，PCVD技術在模具零件強化領域中的應用已經有所成就，

並且應用前景（jǐng）非常廣闊。

1.5 高能束流強化技術

高能束流（liú）強化技術具有非接觸、精確可控、材料適應（yīng）性（xìng）廣、柔性強、質量優、資源節約和環境友（yǒu）好等綜合優勢，既可用於大批量高效自動化生產，又適用於多品種、小批（pī）量加工，甚（shèn）至個性化產（chǎn）品的訂製（zhì），是模具製造業（yè）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（zuò）模具和塑料模具等領域中得到廣泛應用，其平均壽（shòu）命（mìng）一般可提高2～10倍。有重大應用價值。

2、表麵強化技術（shù）在模具製造中的應用前景展望（wàng）

根據研究，稀土（tǔ）元素可以強化表麵，提高滲速，淨化穩定晶界，同時改善模具零（líng）件表麵組織、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（miàn）強化技術過（guò）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（shǐ）模具型腔麵的耐磨壽命延長近5倍。除此之外，稀土元素在（zài）化學沉積、電沉積、噴塗和激光塗覆等方麵都具有（yǒu）明顯的（de）改善作用，但（dàn）效果尚不十分穩定，可見稀土元（yuán）素應用於模具製造將是今後研究的重要（yào）方向。

隨著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（jì）術還（hái）存在許（xǔ）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（jī）參數不明確、針對模具零件表麵強化機理未明等問題。

3、結論（lùn）

模具工作零件表麵（miàn）強化技術可以在一定程度上彌（mí）補（bǔ）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（de）模具（jù）零件（jiàn）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（yào）注重研究開發，一定會加快和完善表麵強化技術在（zài）模具製造（zào）過程中的應用。

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文章關鍵詞：注塑模具工作零件表麵強化技術應用研究