模具製造（zào）中的（de）表麵強化（huà）技術是指模具工作零件（jiàn）表麵經預處理後，通過單一或複合表麵技術處理，使模具工作零件獲得所需表麵或綜合性能的專業（yè）強化技術。該技術的功能性（xìng）、環保性和增效性等優勢在模具（jù）製造成本、模具質量和模具壽命等方麵起（qǐ）著（zhe）尤為重要的作用。在生產中，綜合考（kǎo）慮該技術的特點、模具工（gōng）作條件和生產的（de）經濟性等因素（sù），選擇眾（zhòng）因素的最佳（jiā）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（jì）術在模具製造（zào）中的應用現狀

1.1 滲（shèn）碳表麵化學熱處理

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

耐（nài）磨（mó）性（xìng）、疲勞強度等性能的提升，而心部仍保持原來的塑韌（rèn）性、強度，符合對模具（jù）工作零件使用性（xìng）能的要求。具（jù）有滲速快、滲層深、成本低，且滲層（céng）和基體零件之間具有較完美的結合性能，

結合層之間（jiān）實現平穩過渡。但操作溫度較高（900～950℃），尤其是離子滲碳溫度可達1100℃，且滲碳後還需進（jìn）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（yàn）綜合評定：滲碳（tàn）層表麵最合理的含碳量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向內碳質量（liàng）分數（shù）梯度應均勻平（píng）緩（huǎn），淬火（huǒ）組織中不允（yǔn）許有粗條狀馬氏（shì）體，過多殘奧，網狀碳化物（wù）和黑色屈氏體。過（guò）高的碳質量分數易使模（mó）具零件組織中出現網狀碳化物等惡性組織，影響模具質（zhì）量和壽命，在（zài）後續（xù）加工過程中易出現應力集（jí）中，產生龜裂（liè）等現象。

離子滲碳溫（wēn）度一般為900～960℃，與氣體滲碳比較，離子滲（shèn）碳具有效率高、變形（xíng）小、汙（wū）染小、可處（chù）理任何形狀的（de）模具零件表麵等優點，更適合在塑料模具和衝壓模具表（biǎo）麵強化加工中應用。

1.2 火焰表（biǎo）麵熱噴塗技術

熱噴塗技術是一種發展（zhǎn）極為迅（xùn）速的表麵強化新技術，它是（shì）利用熱源（電弧、離子弧、火（huǒ）焰等）將噴（pēn）塗材料加熱到熔（róng）融或半熔（róng）融狀態，並使（shǐ）其霧化，以一定的（de）速度噴向經過預處理的基體（tǐ）表麵，依靠（kào）物理變化和（hé）化學變化，與基體結合的工藝方法，此結合層，能提高模（mó）具零件的耐磨、耐（nài）蝕、耐熱等性能，且操作簡便，成本較低。近年來，該項（xiàng）技術在模具表麵強（qiáng）化中的應用得到進一步發展和完善，廣州有色金屬研究院采用超音速（sù）噴塗硬質合金工藝（yì），使Cr12不鏽鋼拉深

模（mó）的壽命提高了3～10倍。同時（shí）該技術應用在模（mó）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（shì）的（de）張祥林等采用超音速火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具（jù）鋼表麵製備了納米結（jié）構的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗層平均剪切（qiē）強度達150.8MPa，塗層的結合強度大於（yú）80 MPa，塗層硬度高於（yú）1000HV。運用HVOF技術對冷擠（jǐ）壓模修複後，完全能（néng）滿足企業的使用要求（qiú）。

1.3 複合表麵電鍍技術

電鍍（dù）技（jì）術是一種用電化學方法在基體表麵沉積（jī）金屬或金屬化處理的技術。電鍍（dù）硬鉻（gè）和硬鎳是我國塑（sù）料模具表麵處理的（de）傳統技術。該技（jì）術（shù）在近室溫下進行（háng），模具性能幾乎不受影響，也不會出現嚴重變形，

同時電鍍層的（de）表麵（miàn）粗糙度較低，硬度升高為800HV。但仍存在（zài）諸（zhū）多問（wèn）題，如：耐蝕性不高，溝（gōu）槽、深孔無法處理，使其在模具強化中的應用受到（dào）一定限製，目前隻可（kě）用於強化普（pǔ）通塑料模具（jù）的耐磨性，不適用於形狀複（fù）雜且（qiě）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活力的領域。複合電刷鍍可強化（huà）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（jù）型腔表麵刷鍍非晶態鍍層（0.01～0.02mm），可延長（zhǎng）壽命0.5～1.0倍。複合鍍（dù）層中可加入微粒的品種較多，且參數調整範圍較寬，可操作性強，充分體現（xiàn）出鍍層的多（duō）樣性和（hé）綜合性。大連（lián）理工（gōng）大（dà）學的於同敏（mǐn）、劉貴昌等將Ni－P－PTFE複合（hé）鍍用（yòng）於UPVC管件模具表麵（miàn）強化，解決UPVC材料對模具表麵的腐蝕有明顯效果，達（dá）到模具成型表麵耐磨耐腐蝕等綜合性能（néng）要求，但其硬（yìng）度稍低（dī）。為此哈爾濱工（gōng）業大學的（de）範會玉在Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微粒複（fù）合，應（yīng）用在玻璃纖（xiān）維增強的塑料成型模具（jù）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

鍍膜技術也就是氣相沉積技術，是將具（jù）有特殊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，使模具工作零件具有優異性能。工業中使用（yòng）頻率較高的穩定化合物（wù）主要有TiC、TiN、SiN等（děng）。

物理氣相沉積（PVD）是用物理方法使鍍膜材料汽（qì）化後在基體表麵沉積（jī）成（chéng）覆蓋層的實用技術（shù）。該技術在20世（shì）紀初（chū）開始應用，在最近30年發展迅速，成為了一門具有廣闊應用前景的新技術，並逐漸向環保型、清潔（jié）型趨勢發展（zhǎn），主要用於製造精度較高的冷作（zuò）模具。江西省科學

院應用物理研究所的彭文屹、張德元采用多弧離子鍍膜法對20根（gēn）經TiN塗（tú）層處理的冷擠壓凸模進行實際使用壽命試驗（yàn），發（fā）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、代明江對物理氣相（xiàng）沉積硬質薄膜在工模具（jù）上的應（yīng）用進行了詳細研究，指出該技術能明顯提高模具的使用（yòng）壽命和工件加工質量。但是（shì）PVD法也（yě）存（cún）在著諸如繞鍍（dù）性差等缺點，對形狀複雜的模具零件表麵進（jìn）行處理（lǐ）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（gù），對模具零件表麵形狀幾乎沒有要求，諸如形狀（zhuàng）複雜或帶有槽溝及小孔的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（yòng）的TiC塗層硬度高，耐（nài）磨性好，摩擦因數（shù）小，減摩性好（hǎo），抗咬合性強，大幅（fú）度提高模具的使用壽命。但CVD法存在處理溫度高，仍需進行淬火處理，會導（dǎo）致較大變形等缺陷，因此在高精度模具的製（zhì）造中此技術的使用受到（dào）一定限製。

等離子增強化學氣相沉積（PCVD）是利用輝光放電增強反應物化學活性，促（cù）進氣相間的化學反應，在低溫下沉積出優質鍍層的實用技術，是介於CVD和PVD之間的一種處理方（fāng）法。用PCVD法將（jiāng）塗層鍍覆在模具工作零件表（biǎo）麵，經實踐證明，經濟效益（yì）非常可觀。重慶工學院的張（zhāng）葉成、張津對PCVD技術在模具強化中（zhōng）的應用進行研究（jiū），發現利（lì）用PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模具上沉積一層TiC，比無沉（chén）積膜層（céng）的模具（jù）壽命提高10倍（bèi）以上；將PCVD法用於塑料製品模具上可提高模具壽命1～4倍。北京航空航天大學的陶冶教授籌建了（le）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（fǔ）助配套設施，並及時（shí）得到（dào）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、均鍍性好和鍍層結合力高等優點（diǎn），適用於所有高溫回火模具和部分低溫（wēn）回火模具的製備，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（biǎo）麵（miàn）強化（huà）的氣相沉積表麵強化（huà）技術。由此可見，PCVD技術在（zài）模具零（líng）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 高能束流強化技術

高能束（shù）流強化技術具有非接觸、精確可控、材（cái）料（liào）適應性廣（guǎng）、柔（róu）性強、質量優、資源節約（yuē）和環境友好等綜合優（yōu）勢，既可用於大批量高效自（zì）動化（huà）生產（chǎn），又適用於多品（pǐn）種、小批量加工，甚至個性化產品的訂製（zhì），是模具製造（zào）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（de）強化效果（guǒ）在冷作模具、熱作模具（jù）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（yīng）用價值。

2、表麵強化技術在模（mó）具製造中的應用前（qián）景展望

根據研究，稀土元素可以強化表（biǎo）麵（miàn），提高（gāo）滲速，淨化穩定晶（jīng）界，同時改善模具零件表麵組織、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）強化技術過程中，可獲得更加（jiā）明顯的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加入稀土（tǔ），可使模（mó）具型腔麵（miàn）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（pēn）塗和激光塗覆（fù）等方麵都具有明顯的改善作用，但效果（guǒ）尚不十分穩定（dìng），可見稀土元（yuán）素應用於模具製造將是今後（hòu）研（yán）究的重要方向。

隨著（zhe）納（nà）米技術的飛速（sù）發展，其在提高模具的生產率（lǜ）和壽命方麵效果顯著。但該技（jì）術還（hái）存在許多不完善的地方，尚有許多工作要做，如：複雜的模具型腔表麵（miàn）塗層不均勻、沉積參（cān）數不明確（què）、針對模（mó）具零件表麵強（qiáng）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在一定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（zhǎn）潛力（lì），但就目前的模具零件表麵強化技術而言，仍存在一些不足，其應用也受到一定（dìng）限製，隻要注（zhù）重研究開發，一定會加快（kuài）和完善表麵強化技（jì）術在模具製造過程（chéng）中的應用（yòng）。

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