模（mó）具製造中的表麵強化技術是指模具工作零件（jiàn）表麵經（jīng）預處理（lǐ）後（hòu），通過單一或複合表麵技術（shù）處（chù）理，使模具工作零件獲得（dé）所需表麵或（huò）綜合（hé）性能（néng）的專業強化技（jì）術（shù）。該技術（shù）的功能性（xìng）、環保性和增效性等優勢在模具製造成本（běn）、模具質量和模具壽命等（děng）方麵起著尤（yóu）為重要的作用。在生產中，綜合考慮該技術的特點、模具工作條（tiáo）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（mìng）、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）應用現狀

1.1 滲碳表麵化學熱處理

滲碳（tàn）工藝是一種較常使用（80%以上）的模具表麵強（qiáng）化技術，該（gāi）工藝主要針對塑料模具型腔的表麵強化。經滲碳處理後（hòu）的模具工作零（líng）件，可（kě）達到“外硬內韌”的效果（guǒ），即工作（zuò）零件表麵獲得硬度、

耐磨性、疲勞強度等性能的提升，而心部仍保持原來（lái）的塑韌性、強（qiáng）度，符合對模具工作（zuò）零件使用性能（néng）的要求。具有（yǒu）滲速快、滲層深、成本低，且滲（shèn）層和基體零件之（zhī）間具有較完（wán）美的結合性能（néng），

結合層（céng）之間實現平穩過渡。但操作溫度（dù）較（jiào）高（900～950℃），尤其是離子滲碳溫度可達（dá）1100℃，且（qiě）滲碳後還需進行相（xiàng）應的熱處（chù）理，從而導致模具變形（xíng）的可能性加大，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（shèn）碳層表麵最合理的含碳量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向內碳（tàn）質（zhì）量分（fèn）數梯度應均勻平緩，淬火組織中不允許有粗條狀（zhuàng）馬氏（shì）體，過多殘奧，網狀碳化物和黑色屈氏體。過高的碳（tàn）質（zhì）量分數易使模具零件組織中出現網狀碳（tàn）化（huà）物等惡性組織，影（yǐng）響模具質量（liàng）和壽命（mìng），在後續加工過（guò）程中易出現應力集中，產生龜裂等現象。

離子（zǐ）滲碳溫度一般為900～960℃，與（yǔ）氣體滲碳比較，離子滲碳具有效率高、變形小、汙染小、可處理任何形狀的模具（jù）零件表麵等優點，更適合在塑料模（mó）具和衝壓模具表麵強（qiáng）化加工中應用（yòng）。

1.2 火焰表麵熱噴塗技術

熱噴塗技術是一種發展極為迅（xùn）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（róng）融狀態，並使其霧化（huà），以一定的速度噴向經過預處（chù）理的基體（tǐ）表麵，依靠物理變化和化學變化，與基體結（jié）合的工（gōng）藝方法，此結合（hé）層，能提高模具零件的耐磨、耐蝕、耐熱等性能，且（qiě）操作簡便，成本較低。近年來，該項技術在模具表麵強（qiáng）化中的應用得到進一步發展（zhǎn）和（hé）完（wán）善，廣州有色金屬研究院采用超音速噴（pēn）塗硬質合金工藝，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（yòng）在模具修複中也取得較大進步，如華中科（kē）技大學材料（liào）成形與模具技術國家重點實驗室的張祥林等采用（yòng）超音速火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納（nà）米結構的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗層平均剪切強度達150.8MPa，塗（tú）層的結合強度大（dà）於80 MPa，塗層硬度高於1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓（yā）模修複後，完全能滿（mǎn）足企業的使用要求。

1.3 複合表麵電鍍技術

電鍍（dù）技術是一種用（yòng）電化學方法（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（chù）理的傳統技術（shù）。該技術在近室溫下進行，模具性能幾乎不（bú）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：耐蝕性不高，溝（gōu）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，目前隻可用於強化（huà）普通塑料模具的耐磨性，不適用於形（xíng）狀複雜且（qiě）耐蝕性要求高的塑料模具（jù）。

目前，複合鍍是模具行業（yè）中鍍層技術（shù）應用最有活力的領域。複（fù）合電刷鍍可強化模具型（xíng）腔表麵（miàn），也可（kě）用於修複模具型腔表麵。研究發現，在模具型腔表麵刷鍍（dù）非晶態鍍層（0.01～0.02mm），可延長壽命0.5～1.0倍。複合鍍層（céng）中可加入微粒的品種較多，且參數調整範圍較寬，可操（cāo）作（zuò）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、劉貴昌等（děng）將Ni－P－PTFE複合鍍用於UPVC管件模具表麵強化，解決（jué）UPVC材料對（duì）模（mó）具（jù）表麵的腐蝕有明顯效果，達到模具成型（xíng）表麵耐（nài）磨耐腐蝕等綜合性能要求，但其（qí）硬度稍低。為此哈爾（ěr）濱工業大學的範（fàn）會玉在Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微粒複合，應用在玻璃纖維增強的塑料（liào）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（dù）膜技術也就是氣相沉積技術，是將具（jù）有特殊性能的穩（wěn）定化合物沉積於模具工作零件表麵，形（xíng）成（chéng）超硬鍍（dù）膜，使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（chén）積（PVD）是（shì）用（yòng）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技術（shù）。該技術在20世紀初開始（shǐ）應用，在最近30年發展迅速（sù），成為了一門具有廣闊應用前景的新技術，並逐漸（jiàn）向環（huán）保型、清潔型（xíng）趨勢發展，主要用於製造精度（dù）較高的冷作模具。江西省科學

院應（yīng）用物理研究所的彭文屹、張（zhāng）德元采用多（duō）弧離子（zǐ）鍍膜法對20根經（jīng）TiN塗層處理（lǐ）的冷擠（jǐ）壓凸模進（jìn）行實際使用壽命試驗，發現其（qí）壽命提高1.5倍以上；廣州有色金屬研（yán）究院的林鬆盛、代明江對物理（lǐ）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（gāi）技術能明顯提高模具的使用壽命和（hé）工件加（jiā）工質（zhì）量。但是PVD法也存在（zài）著（zhe）諸如（rú）繞鍍性差等缺點，對形狀（zhuàng）複雜的模（mó）具零件表麵進行處理存在一定（dìng）限製（zhì）。

化學氣相沉積（jī）（CVD）是在900～2000℃範圍內用化學（xué）方法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（hū）沒有要求，諸如形狀複雜或帶有（yǒu）槽溝（gōu）及小孔的零件均（jun1）可進行均勻塗覆，彌補了（le）物理氣相沉積的相關缺陷，例如在模具表麵（miàn）強（qiáng）化中（zhōng）經常使用的TiC塗層硬度高，耐磨性好，摩擦因數小，減摩（mó）性（xìng）好，抗咬合性強，大幅度（dù）提高模具（jù）的使用壽命。但CVD法存在處理溫（wēn）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（gāo）精度模具（jù）的製造中此技術的使用受到一定限製。

等離子增強化學氣相沉積（jī）（PCVD）是利用輝光放電（diàn）增強反應物化（huà）學活（huó）性，促進氣相間的化學反（fǎn）應，在低溫下沉積出（chū）優質鍍層的實用技術，是介於CVD和PVD之間的一種處理方法。用PCVD法將塗（tú）層（céng）鍍覆在模（mó）具工作零件表麵，經實踐證明，經濟效益非常可觀。重慶工學院（yuàn）的張葉成、張津對PCVD技術在模具強（qiáng）化中的應用進行研究，發現利用PCVD技術在W18Cr4V冷擠（jǐ）壓模具上沉積一層TiC，比（bǐ）無沉積（jī）膜層的模具壽命提高（gāo）10倍以上（shàng）；將PCVD法（fǎ）用於塑料製（zhì）品模具上可提高模具壽（shòu）命1～4倍。北京航空航天大學的（de）陶冶教授籌建了PCVD表麵強化技術（shù）研究實驗室，自行設計製造了試驗設備和輔助配套（tào）設施，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（dù）性好和鍍層結合力高等優（yōu）點，適用於所有高溫回火模具（jù）和部（bù）分（fèn）低溫回火模具（jù）的製備，是目前唯一一種既適用於刀具強化又適用於形狀複

雜的模具表麵強化的氣相沉積表麵強化（huà）技（jì）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（suǒ）成就，

並且應用前景非常廣闊。

1.5 高能束（shù）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、小批量加（jiā）工，甚至個（gè）性（xìng）化產品的訂製，是（shì）模（mó）具製造業中（zhōng）不可缺（quē）少的（de）重要技術。其中，離子注入技（jì）術以其幾乎完美的強化效（xiào）果在冷作模具、熱作模具和塑料模具等領域中得到（dào）廣泛應用，其平均壽命一（yī）般可（kě）提高2～10倍。有重大應用價值。

2、表（biǎo）麵強化技術在模具製造中的應用前景展（zhǎn）望

根據研究，稀土元素可以強化表麵（miàn），提高滲速，淨化穩定晶界，同時改善模具零件（jiàn）表麵組織、物理化學性能和機械加（jiā）工性能。把稀（xī）土元素應用在複合表麵強化技術過程中，可獲（huò）得（dé）更加明顯的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加入稀土（tǔ），可使模具型腔麵的耐磨壽命延長近5倍。除此之外，稀土元素在化學沉積、電沉積、噴塗和激光塗覆等方麵都具（jù）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。

隨著納米技術的飛速發展，其在提高模具（jù）的生產率和壽命（mìng）方麵效（xiào）果（guǒ）顯著。但該技術還存在許多不完善的地（dì）方，尚（shàng）有（yǒu）許多工作要做，如：複雜（zá）的模具型（xíng）腔表（biǎo）麵塗層不（bú）均勻（yún）、沉積參數不明確、針對模具零件表麵強化（huà）機（jī）理未明（míng）等問題。

3、結論（lùn）

模具工作零件表麵強化技術可以在一定（dìng）程度上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（jù）零件表麵強化技術而言，仍存（cún）在一些不足，其應用（yòng）也（yě）受到一定限製，隻（zhī）要注重研究開發（fā），一定會加快和完善表（biǎo）麵強化技術在模具製造過程中（zhōng）的應用。

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