模具製造中的表麵強化技術是（shì）指模具工作零件表麵經預處理後（hòu），通過單一（yī）或複合表麵技術（shù）處理，使模具（jù）工作（zuò）零件獲得所需表麵或綜合性能的專業強化技術。該（gāi）技術的功能性、環（huán）保性和增效性等優勢在模具製造成本、模具質量和（hé）模具壽命（mìng）等方麵起（qǐ）著尤為重要的作用。在生產中，綜合考慮該（gāi）技術的特點、模具（jù）工作條件和生產的經濟性等因素（sù），選擇（zé）眾因素的最佳匹配點，可顯（xiǎn）著改善模具壽命、質量，獲取突出的經濟（jì）效益（yì）。

1、表麵強化技術在模具製造（zào）中的（de）應用（yòng）現狀

1.1 滲碳表麵化學熱處理（lǐ）

滲碳工藝是一種較常使用（80%以上）的模具表麵強化技術，該工藝主（zhǔ）要針對塑料模具型腔的表麵（miàn）強化。經滲碳處理後（hòu）的（de）模具工作零件，可達到“外硬內韌”的效果，即工作零件表麵獲得硬度、

耐（nài）磨性、疲（pí）勞強度等性（xìng）能的提升，而心部仍保持原來的（de）塑韌性、強度，符合對模具工作零件使用性能的要求。具有滲速快、滲層（céng）深、成本低，且滲層和基體（tǐ）零件之間具有較（jiào）完（wán）美的結（jié）合性能，

結合層之間實現（xiàn）平穩過渡。但操作溫度較（jiào）高（900～950℃），尤其是離子滲（shèn）碳溫度可達（dá）1100℃，且滲碳後還需進行相應的熱處理，從而導致模具變形的（de）可能性（xìng）加大，因此高精度塑料模具（jù）不建議采（cǎi）用該項技術。

氣體滲碳溫度一般為920～950℃，經王（wáng）榮濱試驗綜合評定：滲碳層表麵最合理的含碳量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向內碳質量分數梯度應（yīng）均勻平緩，淬火組織中不允（yǔn）許有粗條狀馬氏體，過多殘奧（ào），網狀碳化物和黑色屈氏體。過高的碳質量分（fèn）數（shù）易使模具零件組織中出現網狀碳化物等惡（è）性組織，影響模具質量和壽命，在後續（xù）加工過程（chéng）中易出現應（yīng）力（lì）集中，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、變形小、汙染小、可處理任何形狀的模（mó）具零件表麵等優點，更適合在塑料模具和衝壓模具表麵強化加工中應用。

1.2 火焰表麵（miàn）熱（rè）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（yuán）（電弧、離子（zǐ）弧、火（huǒ）焰等）將噴塗材料（liào）加熱到熔融或半熔融狀態，並使其霧化，以一定的速（sù）度噴向經過（guò）預處理（lǐ）的基體表（biǎo）麵，依靠物（wù）理變化和化學變化，與基體結合的工藝（yì）方法，此結合層，能提高模具零件的耐磨、耐（nài）蝕、耐熱等性能，且操作簡便，成本較低。近年來，該項技術在模具表（biǎo）麵強化中的應用得到進一步發展（zhǎn）和完善，廣（guǎng）州有色金（jīn）屬研究（jiū）院采用超音速噴（pēn）塗（tú）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（shí）該技術應用在（zài）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（jù）技術國家重點實驗室的張祥林等采用超音速火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製備（bèi）了納米結構的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80 MPa，塗層硬度（dù）高於1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓模（mó）修複後，完全能滿足企（qǐ）業（yè）的（de）使（shǐ）用要求。

1.3 複合表麵電鍍技術

電鍍技（jì）術（shù）是一種用電化學方法在基體表麵沉積金（jīn）屬或金屬化處理的技術。電鍍硬鉻和（hé）硬（yìng）鎳是我國塑料模具表麵（miàn）處理的傳統技術。該技術在近室溫下進行，模具性能幾乎不受影響，也不會出現嚴重變形，

同時電鍍層的表麵粗糙度較低，硬度升高為800HV。但仍（réng）存在諸多問題，如：耐（nài）蝕性不高（gāo），溝（gōu）槽、深孔無法處理，使其在模（mó）具強化中的應用受到一定限製，目前隻可用（yòng）於（yú）強化普通塑料（liào）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（fù）合鍍是模具（jù）行業中鍍層技術應用最有活力的領域。複合電刷鍍（dù）可強化模具型腔表麵，也可用於修（xiū）複模具型腔表麵。研究發現，在（zài）模具型腔（qiāng）表（biǎo）麵刷鍍非晶（jīng）態鍍層（0.01～0.02mm），可延長壽命0.5～1.0倍（bèi）。複（fù）合鍍層中可加入微粒的品種較多，且參數調整範圍較（jiào）寬，可操作性強，充分體現出鍍層的（de）多樣性（xìng）和綜合性。大連（lián）理工大學的於同（tóng）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UPVC材料對模具表麵的腐蝕有（yǒu）明顯效果（guǒ），達到模具成型表（biǎo）麵耐磨耐腐蝕等綜合性能要求，但其硬度（dù）稍低。為此哈爾濱工業大學（xué）的範會玉在Ni－P的基礎上（shàng），將PTFE與SiC微（wēi）粒複（fù）合，應用在玻璃（lí）纖維增（zēng）強的（de）塑料成型模具中，實踐表明（míng）可使其壽命提高10倍（bèi）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，是將具有特殊性能的穩定化合物沉積於模具工作零件（jiàn）表麵，形成超硬鍍膜，使模具工作零件具有優異性能。工業中使用頻率較高的（de）穩定化合物主要有TiC、TiN、SiN等。

物理氣相（xiàng）沉積（PVD）是用物理（lǐ）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。該技術在20世紀初開始應用，在最（zuì）近30年發展迅（xùn）速，成為（wéi）了一門具有廣闊應用前景的新技術，並逐漸向環保型、清潔型趨勢發展，主（zhǔ）要用於製造精度較高的冷作模具。江西省科學

院（yuàn）應用物理研究（jiū）所的彭文屹、張德元（yuán）采用多弧離子鍍膜法對20根經TiN塗層處理的（de）冷擠壓凸模進行實際使用壽命試驗，發（fā）現其壽命提高1.5倍以上；廣州有色金屬研究（jiū）院（yuàn）的林鬆盛、代明江對物理氣相沉積硬質薄膜在工模具上的應用進行了（le）詳細研究（jiū），指出（chū）該技術能明顯（xiǎn）提高模具的使用壽命和工件加工質量（liàng）。但是PVD法也存在著諸如（rú）繞鍍性差等缺點，對形狀複雜的模具零件表麵進行處理存在一定限製。

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（huà）學（xué）反應並形成覆蓋層的實用技術。該技術沉積溫度（dù）高、塗層結合牢固，對模具零件表麵形狀幾乎沒有要求，諸如形（xíng）狀複雜或帶有槽溝及小孔的零件均可（kě）進行均（jun1）勻塗覆，彌補了物理氣相沉積的（de）相關缺陷，例如在模具表麵強化中（zhōng）經（jīng）常使用的TiC塗層硬度（dù）高（gāo），耐磨性好，摩擦因數小，減摩性好（hǎo），抗咬合性強，大幅度提高模具的使（shǐ）用壽命。但CVD法（fǎ）存在（zài）處理溫度高，仍需進行淬（cuì）火處理，會導致較大變形等缺陷，因此在高精度模具的製造中此技術（shù）的使用受到一定限製。

等離子增強化學氣相沉積（PCVD）是利用輝光放電增（zēng）強反應物化（huà）學活性，促進氣相間的化學反應，在低溫下沉積出優質（zhì）鍍層的實用技術，是介於（yú）CVD和PVD之間的一種處理方（fāng）法。用PCVD法將塗層鍍覆在模具（jù）工作（zuò）零件表麵，經實踐證明，經濟效益非常可觀。重慶工學院的張葉成、張津對PCVD技術在模具強化中的應用進行（háng）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（jī）膜層的模具壽命提高10倍以（yǐ）上（shàng）；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（háng）天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（shì）驗設備和輔助配（pèi）套設施，並及時得到了自然科學（xué）基金的資助。項目組研製了基於PCVD複合滲鍍法的模具（jù）表麵強化技術，具有工藝溫度低、均（jun1）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（fèn）低溫回火模具的製備，是目前唯一一種既適用於刀具強化又適用於形狀複

雜的模具表麵強化的氣相沉積表麵強化技術。由此可見，PCVD技（jì）術（shù）在模具零件（jiàn）強化領域中的應用已經（jīng）有所成（chéng）就，

並且應用前景（jǐng）非常廣闊。

1.5 高能束流（liú）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（yǒu）好（hǎo）等綜合優勢，既可用於（yú）大批量高效自動化生產，又適用於多品種、小批量加工，甚（shèn）至個性（xìng）化產品的（de）訂製，是（shì）模具製造業中不（bú）可缺（quē）少的重要技術。其中（zhōng），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（zhōng）得（dé）到廣泛（fàn）應（yīng）用（yòng），其平均壽命一般可提高2～10倍。有重大應用價值。

2、表麵強化技術在模具製造（zào）中的應用前景（jǐng）展望

根據研究，稀土元素可（kě）以強化表麵，提高滲速，淨化穩定晶界，同時改善模具（jù）零（líng）件表麵組織、物理化學性（xìng）能和（hé）機械加工性能。把稀土元素應用在（zài）複合表麵（miàn）強化技術過程中，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（shǐ）模具型（xíng）腔（qiāng）麵的（de）耐磨壽命延長（zhǎng）近5倍（bèi）。除（chú）此之外，稀土元素在化學（xué）沉積、電沉積（jī）、噴塗（tú）和激光塗覆等方麵都具有明顯的（de）改善作用，但（dàn）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（suí）著納米（mǐ）技術（shù）的飛速發展，其在提（tí）高模具的生產率和壽命方麵效果顯著。但（dàn）該技術還存在許多不完（wán）善的地（dì）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（chén）積參數不明（míng）確、針對模具零（líng）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（kě）以在一定程度上彌補目前模（mó）具材料的一些不（bú）足，並已顯（xiǎn）現出極強的發展潛力，但就目前的模具零件表麵強化技（jì）術而言，仍存在一（yī）些不足，其應用也受到一定限製，隻要注重研究開發，一定會（huì）加快和（hé）完善表麵強化技術在模具（jù）製造過程（chéng）中的應用。

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