模具製造（zào）中的表（biǎo）麵強化（huà）技術是指（zhǐ）模具工作零（líng）件表麵經預處理（lǐ）後，通過單一或複合表麵技術（shù）處（chù）理，使（shǐ）模具工作零件（jiàn）獲得所（suǒ）需表麵或綜合性能（néng）的專業強化技術。該技術的（de）功能性、環保性和增（zēng）效性等優勢在模（mó）具製造成本、模具質量和模（mó）具壽命等方麵起著尤為重要的作用。在生產中，綜合考（kǎo）慮該技術（shù）的特點、模具工作條件和生產的經濟性等因（yīn）素，選擇眾因素的最佳匹配點，可顯著改（gǎi）善模具壽命（mìng）、質（zhì）量，獲取突出的經濟效益（yì）。

1、表（biǎo）麵強化技術（shù）在模具製造中的應用現狀

1.1 滲碳表麵化學（xué）熱處理

滲碳工藝是一種較常使用（yòng）（80%以上）的模具表麵強化技術，該工藝主要針對塑料模具型腔的表麵強化（huà）。經滲碳處理後的模具工作零件，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（xìng）、疲勞強度等性（xìng）能的（de）提升，而心部仍保（bǎo）持原來的塑韌性、強度（dù），符合對模具工（gōng）作零（líng）件使用（yòng）性能的（de）要求。具（jù）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（de）結合性能，

結合層之（zhī）間實現平穩（wěn）過渡。但操作溫度較高（900～950℃），尤其是離子滲碳溫度可達1100℃，且滲碳後還需進行相應（yīng）的熱處理，從而導致模具變（biàn）形的可（kě）能性加大，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（tàn）量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向內碳質量分數梯（tī）度應均勻平緩，淬火組織中不允許有粗條狀馬氏體（tǐ），過多殘奧，網（wǎng）狀碳化物和黑（hēi）色（sè）屈氏（shì）體。過高的碳質（zhì）量分數易使模具零件（jiàn）組織中出現網狀碳化物等惡性組織，影響模（mó）具質量和（hé）壽命，在後續加（jiā）工過程（chéng）中（zhōng）易出現應力集（jí）中，產生（shēng）龜裂等現象。

離子滲碳溫（wēn）度一般為900～960℃，與氣體滲碳比（bǐ）較，離子滲碳具有效率（lǜ）高、變形小、汙染（rǎn）小（xiǎo）、可處理任何形狀的模具零件表（biǎo）麵等優點，更適合在塑料模具和衝（chōng）壓模具（jù）表麵強（qiáng）化加工中應用（yòng）。

1.2 火焰表麵熱噴塗技術

熱噴塗技術（shù）是一（yī）種發展極為迅速的表麵強化新技術，它是利用熱源（電弧、離子弧、火焰等）將噴塗材料加熱到熔融或半熔融狀態，並使其霧化，以一定（dìng）的（de）速度噴向經過預處理的基體（tǐ）表麵，依（yī）靠物理變化和化學變化，與基體結合的工（gōng）藝（yì）方法，此結合層，能（néng）提（tí）高模具零件的耐磨、耐蝕、耐熱等性（xìng）能，且操作簡便，成本較低。近年來，該項（xiàng）技術（shù）在模具（jù）表麵強化中的應用得到進一步發展和完善（shàn），廣州有色金屬研究院采用超音（yīn）速噴塗硬質合金工（gōng）藝，使Cr12不鏽鋼拉深

模的壽命提高了3～10倍。同時該技（jì）術應用在模具修複中也取（qǔ）得較大進步（bù），如華中科（kē）技大學材料成形與模具技術國家重（chóng）點（diǎn）實驗室的張祥林等采用超音速火焰噴塗（HVOF）技（jì）術，在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納米（mǐ）結構的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗（tú）層平均剪切（qiē）強度達150.8MPa，塗層的結合強度大於80 MPa，塗層（céng）硬度高於1000HV。運用（yòng）HVOF技（jì）術對冷（lěng）擠壓模修複後，完全能滿足企業（yè）的使用要求。

1.3 複合（hé）表麵電鍍技術

電鍍技術是一種用電（diàn）化學（xué）方法在基體表麵沉積金屬（shǔ）或（huò）金屬化處理（lǐ）的技術。電鍍硬鉻和硬（yìng）鎳是我國塑料模具表麵處理的傳統技術。該技（jì）術在近室溫下進行，模（mó）具性能幾（jǐ）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，硬度升高為800HV。但仍存（cún）在諸多問題，如：耐（nài）蝕性（xìng）不高，溝槽、深孔無（wú）法處理，使（shǐ）其（qí）在模具強化中的（de）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（shí）性要求（qiú）高的塑料模具。

目前，複合鍍是模具行業中鍍（dù）層技術應用最（zuì）有活（huó）力的領域。複合電刷鍍可強化模具型腔表麵，也可用於修複模具（jù）型腔表麵。研究發現（xiàn），在模具型腔表麵刷鍍非晶態鍍層（0.01～0.02mm），可（kě）延長壽命0.5～1.0倍（bèi）。複合鍍層中可加入微粒的（de）品種較多，且參數調整範圍較寬，可（kě）操作性強，充（chōng）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（guì）昌等將Ni－P－PTFE複合鍍用於UPVC管件模具表麵（miàn）強化，解決UPVC材（cái）料對模具表麵的腐蝕有明顯效果，達到（dào）模具成型表麵耐磨耐腐蝕（shí）等綜合性能要求，但其硬度稍低。為此哈爾濱工（gōng）業大學的範會玉在Ni－P的基（jī）礎上（shàng），將PTFE與SiC微粒複合，應用（yòng）在玻璃纖維增（zēng）強的塑料成型模（mó）具中（zhōng），實踐表明可使其壽命提高10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表（biǎo）麵鍍（dù）膜技術

鍍膜技術也就是氣相沉（chén）積技術，是將（jiāng）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，使模具工作零件具（jù）有優異性能。工業中（zhōng）使用頻率較高的穩（wěn）定化合物主要有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（zài）基體表麵沉積成覆（fù）蓋（gài）層的實用技術。該技術在20世紀初開始應用，在最近30年發展（zhǎn）迅（xùn）速，成為了一門具（jù）有（yǒu）廣闊應（yīng）用前景的新技術，並逐漸向環保（bǎo）型、清潔型趨（qū）勢發展，主要用於（yú）製造精度較（jiào）高的冷作模具。江西省科學

院應用物（wù）理研究所的彭文屹、張德元采用多弧離子鍍膜法對20根經TiN塗層（céng）處理的冷擠壓凸模進行實際使用壽命試驗（yàn），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（zhì）薄膜在工模（mó）具上的應用進行了詳細研（yán）究，指出該技術能明顯提高模具的（de）使用壽命和工件加工質量。但是PVD法也存在著諸如繞鍍性差等缺點，對形狀複雜的（de）模具零件表麵進行處理存在一定限製。

化（huà）學氣相沉積（CVD）是在900～2000℃範圍內用化學方法使（shǐ）氣體在基體材料表麵發（fā）生化學反應並（bìng）形成覆（fù）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）幾乎沒有要求，諸如形狀複（fù）雜或帶有槽溝及小孔的（de）零件均可進行均勻塗覆，彌補了物理氣相沉積的相關缺陷，例（lì）如在模具表麵強化中經常使用的TiC塗層硬度高，耐（nài）磨性好，摩擦（cā）因數小，減摩（mó）性好，抗咬合性（xìng）強，大幅（fú）度（dù）提高模具（jù）的（de）使用壽（shòu）命（mìng）。但CVD法存在處理溫（wēn）度高，仍需進行（háng）淬火（huǒ）處（chù）理（lǐ），會導致較大變形等缺陷，因（yīn）此在高精度模具的製造中此技術的使用（yòng）受到一定限（xiàn）製。

等離子增強化學氣相沉積（PCVD）是利用輝光放電增強（qiáng）反應物化學活性，促進（jìn）氣（qì）相間的化學反應，在低溫下（xià）沉積出優質鍍（dù）層的實用技術，是介於CVD和PVD之間（jiān）的一種處理（lǐ）方法（fǎ）。用PCVD法將塗（tú）層鍍覆（fù）在模具（jù）工作零件（jiàn）表麵，經實踐證明，經濟效（xiào）益非常可（kě）觀。重慶工學院的張葉成、張津對PCVD技術在（zài）模具強（qiáng）化中的應（yīng）用（yòng）進行研究，發現利用PCVD技術在W18Cr4V冷擠（jǐ）壓模（mó）具上沉積一層TiC，比無沉積膜層的模具壽命提高10倍（bèi）以上（shàng）；將PCVD法用於塑料製品模（mó）具上可提高模具壽命1～4倍（bèi）。北京（jīng）航空航天大學的陶冶教授籌建了PCVD表（biǎo）麵強化技術研究實（shí）驗室（shì），自行設計製造了試（shì）驗（yàn）設備（bèi）和輔助配套設施，並及時得到了自然科學基金的資（zī）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（gāo）等（děng）優點，適用於所有高溫回火模具和部（bù）分低溫回（huí）火模具的製備，是目前唯一一種既適用於刀（dāo）具強化又適用於形狀複

雜的模具表麵（miàn）強化的氣（qì）相沉積表（biǎo）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（yǒu）所成就，

並且應用前景（jǐng）非（fēi）常廣闊。

1.5 高能束流強化技（jì）術

高能束流強化技術具有非接觸、精確可（kě）控、材料適應（yīng）性廣、柔（róu）性強、質量優、資源節約和環境（jìng）友好（hǎo）等（děng）綜合優勢（shì），既可用於（yú）大（dà）批（pī）量（liàng）高效自動化生產，又適用於多（duō）品種、小批量加工，甚（shèn）至個性化產品的訂製，是模具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果（guǒ）在冷作模具、熱作模具和塑料模具等領域中（zhōng）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（mó）具製造中的（de）應用前（qián）景展望

根據研究，稀土元（yuán）素（sù）可以強化表麵，提高滲速，淨化（huà）穩（wěn）定晶界，同時改善模具零件表麵組織、物（wù）理化學性能和機械加工（gōng）性能（néng）。把稀土元素應用在複合表麵強化技術（shù）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（mó）具型腔麵的（de）耐磨壽命延長近5倍（bèi）。除此之外，稀土元素在化學沉積、電沉積、噴塗和（hé）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（jiàn）稀土元素應用（yòng）於模具（jù）製造將是今後研究（jiū）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（zhe）。但該技術還存在許多不完善的地方，尚有許（xǔ）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（zhēn）對模具零件表麵強化機理未明等問題。

3、結論

模具工作零件表麵強化技術可以（yǐ）在一定程度上彌補目前模具材料的一些不足，並已顯（xiǎn）現出（chū）極強的發（fā）展潛力，但就（jiù）目前的模具零件表麵強化技術（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（de）應用。

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