模具製（zhì）造中的表麵強化技術是（shì）指模具工（gōng）作零件表麵經預處（chù）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強（qiáng）化技術。該技術的功能性（xìng）、環保性（xìng）和增效（xiào）性等（děng）優勢在（zài）模具製造成本（běn）、模具質量和模具壽（shòu）命等方麵起著尤為重要（yào）的作用。在生產中（zhōng），綜合考慮該技術的特點、模具工（gōng）作條件和生產的經濟性等因素，選（xuǎn）擇眾因素的最佳匹配點，可顯著改善（shàn）模具壽（shòu）命、質量（liàng），獲取突出的經濟效益。

1、表麵強化（huà）技術在模具製造（zào）中的應用（yòng）現狀

1.1 滲碳表麵化學熱（rè）處理

滲碳工藝是一種（zhǒng）較常使用（80%以上（shàng））的模具表麵強化技術，該工藝主要針（zhēn）對塑料（liào）模具型腔（qiāng）的表麵強化。經滲碳處（chù）理後的模具工作零件，可達到“外硬內韌”的效果，即工作零件（jiàn）表麵獲（huò）得硬度、

耐磨性、疲勞強度等性能的提升，而心部仍保持原來的塑韌性、強度，符合對模具工作零件使用性能的（de）要求。具有（yǒu）滲（shèn）速快、滲層深、成本低，且滲層和基體（tǐ）零件之間具（jù）有（yǒu）較完美的結（jié）合性能，

結合層之間實現平穩過渡（dù）。但操作溫度較高（900～950℃），尤其是（shì）離子滲碳溫度可達1100℃，且滲碳後還需進（jìn）行相應（yīng）的（de）熱處理，從而導致模具變形（xíng）的可（kě）能性加大，因此高精（jīng）度塑（sù）料模具不（bú）建議采用該項技術。

氣體滲碳溫度一般為920～950℃，經（jīng）王榮濱試驗綜合評定：滲碳（tàn）層（céng）表麵最合理的含（hán）碳量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向內碳質量（liàng）分數梯度應均（jun1）勻平緩（huǎn），淬火組織中不允（yǔn）許有粗條狀馬氏體，過多殘奧，網狀碳化物和黑色屈氏體。過高的（de）碳（tàn）質（zhì）量分數易使模具零件組織中出現網狀碳化物等惡性組織（zhī），影響（xiǎng）模（mó）具質量和（hé）壽命（mìng），在後續加工過程中易出現應力集中，產生龜裂等現象。

離子滲碳溫度一般為900～960℃，與（yǔ）氣（qì）體滲碳比較，離子滲碳具（jù）有效率高、變（biàn）形（xíng）小、汙染小、可處（chù）理任何形狀的模具零件表麵等優點，更（gèng）適（shì）合在塑（sù）料模具和衝壓模具表麵強化加工中應用。

1.2 火焰表麵熱噴塗技術

熱（rè）噴（pēn）塗技術是一種（zhǒng）發（fā）展極為迅速的表麵強化新技術，它（tā）是利用熱源（電弧、離子弧、火（huǒ）焰等）將噴（pēn）塗材料加熱（rè）到熔融或半熔融狀（zhuàng）態，並使其霧化，以一定的速度噴向經過預處理的基體表麵，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（jié）合層（céng），能提高模具零件的耐磨、耐蝕、耐熱（rè）等性能，且操作簡便，成本較低。近年來，該項技術（shù）在模具表麵強化中的應用得到進一步（bù）發展（zhǎn）和完善，廣州有色（sè）金屬研究院（yuàn）采用超音速噴塗硬質合金工藝，使Cr12不鏽鋼拉（lā）深

模的壽命提高了3～10倍。同時該技術應用在模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（jù）技術國家重點實驗室的張祥林等采用超音速（sù）火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納米結構的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗層平均剪切強度達150.8MPa，塗層的結合強（qiáng）度大於80 MPa，塗層硬度高於1000HV。運用HVOF技術（shù）對冷（lěng）擠壓（yā）模修複後，完全能滿足企業（yè）的使用要求。

1.3 複合表麵電鍍技術

電鍍技術是一種用電化學方法在基體表麵（miàn）沉積金屬或金屬化處理的技（jì）術。電鍍（dù）硬鉻和硬鎳是我國塑料模具（jù）表麵處理的傳統技術。該（gāi）技術（shù）在近室溫（wēn）下進行，模具性能幾乎（hū）不受影響，也不會出現（xiàn）嚴（yán）重變形，

同時電鍍層的表麵粗糙（cāo）度較低（dī），硬度升高為800HV。但仍存在諸多（duō）問（wèn）題，如：耐蝕性不高，溝槽、深孔（kǒng）無法處理，使其在模具強化中的應用（yòng）受到一（yī）定限製，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（zhuàng）複（fù）雜且耐蝕性要求（qiú）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）活力的領域。複合（hé）電刷鍍可強化模（mó）具（jù）型腔表麵，也可用於修複模具型腔表麵。研究發現，在模具型腔表麵刷鍍非晶態鍍（dù）層（0.01～0.02mm），可延長壽命0.5～1.0倍。複合鍍層中可加入微粒的品種較多，且參數調整範圍較寬，可操作（zuò）性強，充分體現出（chū）鍍層的多樣性和綜合（hé）性。大連理工大學的（de）於（yú）同（tóng）敏、劉貴昌等將Ni－P－PTFE複（fù）合鍍用於UPVC管件模具表麵強化，解決UPVC材料（liào）對（duì）模（mó）具（jù）表麵的腐蝕有明顯（xiǎn）效果，達到模具成型表麵耐磨耐腐蝕等綜合性能要求，但其硬度稍低。為（wéi）此哈爾濱工業大學的範會玉在Ni－P的基礎上（shàng），將PTFE與SiC微粒複合，應用在玻（bō）璃纖維（wéi）增強的塑料（liào）成型模具中，實踐表明可（kě）使其（qí）壽（shòu）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（xiàng）沉積技術，是將具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（mó），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（wù）主要有TiC、TiN、SiN等。

物理氣相（xiàng）沉積（PVD）是用物理方法使鍍膜材（cái）料汽化後在基體表麵沉積成覆蓋層的（de）實（shí）用技術。該技術在20世紀初開始應用（yòng），在（zài）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（zhú）漸向（xiàng）環（huán）保型、清潔型趨勢發展，主（zhǔ）要用於製造精度較高的冷（lěng）作模具（jù）。江西省科學

院應（yīng）用物理（lǐ）研究所的彭文屹、張德元采用（yòng）多弧離子鍍膜法（fǎ）對20根經TiN塗（tú）層處理的冷擠壓凸模進（jìn）行實際使用壽（shòu）命試驗，發現其壽命提高1.5倍以上；廣州有色金屬研究院的林鬆（sōng）盛（shèng）、代明（míng）江對物理氣相沉積硬質（zhì）薄膜在工模具上的應用進行（háng）了詳細研究，指出該技術能明顯提高模具的使用壽命（mìng）和工（gōng）件加工質量。但是PVD法也存在著諸如繞鍍（dù）性（xìng）差等缺點，對形狀複雜（zá）的模具零件表麵進行處理存在一定（dìng）限製。

化學氣相沉積（CVD）是在900～2000℃範圍內用化學（xué）方法使氣（qì）體在基體（tǐ）材料表麵發生化學反應並形成（chéng）覆蓋層的（de）實用技術。該技術沉積（jī）溫度高、塗層結合牢固，對（duì）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件均可進行（háng）均勻塗覆，彌補了物理（lǐ）氣相（xiàng）沉積的相關缺陷，例如在模具表（biǎo）麵強化中經常使用（yòng）的（de）TiC塗層硬度高，耐磨性好，摩擦因數小，減摩性好，抗咬合性強，大幅度提高模具的使用壽（shòu）命。但CVD法存在處理溫度（dù）高，仍需進行淬火處理，會導致較大（dà）變形等缺陷，因此在高（gāo）精度模具的製造中此技術（shù）的使用受到一（yī）定限（xiàn）製。

等離子增強化學氣（qì）相（xiàng）沉積（PCVD）是利用輝光放電增強反應物化學活性，促進氣相間的化學（xué）反應，在低溫下沉積出優質（zhì）鍍層的實用技術，是介於CVD和PVD之間的一種處理方法。用PCVD法將塗層鍍（dù）覆在（zài）模具工作零件表麵，經實（shí）踐證明，經濟效益非常可觀。重慶工學院的張葉成、張津對PCVD技術在模具強化中（zhōng）的應用進行研究，發現利用PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模具上沉積一層TiC，比無沉積膜層的（de）模具壽命提高10倍以上；將PCVD法用（yòng）於塑料製品模具上可提高模具壽命1～4倍。北京航空航天大（dà）學的陶冶教授籌建了PCVD表麵（miàn）強化技（jì）術研究實驗（yàn）室，自行設計製造了試驗（yàn）設備和輔助配套設（shè）施，並及時得到了自然科學基金的資助。項目（mù）組（zǔ）研製了基於PCVD複（fù）合滲鍍法的模具表麵強（qiáng）化技術，具有工藝溫度低、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（wēn）回火模（mó）具的製備，是目前唯一一種既適用於刀（dāo）具強（qiáng）化又適用（yòng）於形狀複

雜的模具（jù）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（jiàn）強化領域中的應（yīng）用已經有所成（chéng）就，

並（bìng）且應用前景非常廣闊。

1.5 高能（néng）束流強化技術

高能束流強化技術具有（yǒu）非接觸、精（jīng）確可（kě）控、材料適應性廣（guǎng）、柔性強、質（zhì）量優、資源（yuán）節約和環境友好等綜合優勢，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，甚至個性化產品（pǐn）的訂製，是（shì）模具製造（zào）業中不可缺少的重要技術（shù）。其中，離子注入技術以其幾乎完美的強化效果在冷作模具、熱作模具和塑料模具等領域中得到廣泛應用，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（mó）具製造中的應用前景展望

根據研究，稀土元素可（kě）以強化表麵，提高滲（shèn）速，淨化穩定晶界（jiè），同時改善模具零件表（biǎo）麵組織、物理化學性能和機械加工（gōng）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（gèng）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壽命（mìng）延長近5倍。除（chú）此之外，稀土元素在化學沉積、電沉（chén）積、噴塗和激光塗覆等方（fāng）麵（miàn）都具（jù）有明顯的改（gǎi）善作用，但效果尚不十分穩定，可見稀（xī）土（tǔ）元素應用於模具製造將是今（jīn）後研究的重（chóng）要方向。

隨著納米技術的飛速（sù）發展，其在提高模具的生產率和壽命方麵（miàn）效果顯著。但該技（jì）術還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塗層不均勻、沉積參數不明確、針對模（mó）具零（líng）件表麵強化機理（lǐ）未（wèi）明等問題。

3、結（jié）論

模具工作零件表麵強化技術可以在一定程（chéng）度上彌補（bǔ）目前模具材料的（de）一些不足，並已顯現出極強的（de）發（fā）展潛力，但就目前的模具零件表麵強化技術而言，仍存在一（yī）些不足，其應用也受到一定限製，隻要注重研究開（kāi）發，一定會加（jiā）快（kuài）和完善表麵強化技術在模（mó）具製造過程中的應用。

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