模具製造中的表（biǎo）麵強化技術是（shì）指模具工作零件表麵經預處理後，通過單一或複合表麵技術處理，使模具工作（zuò）零件獲得所需表麵或綜（zōng）合性能的專業強化技術。該技術的功能性、環保性和增（zēng）效性等優勢在模具製造成本、模具質量和模具壽命等（děng）方麵起著尤為重要的作用。在生產中，綜（zōng）合（hé）考慮該技術的特（tè）點、模具（jù）工作條件和生產的經濟性等（děng）因素，選擇（zé）眾因素的最佳匹配點，可顯著改善模具壽命、質量，獲取突出的經濟效（xiào）益。

1、表麵強化技術在模具製造中的應用現狀

1.1 滲碳表麵化（huà）學熱處（chù）理

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

耐磨性、疲勞強度等性（xìng）能的提升，而心部仍保持原（yuán）來的塑韌性、強度，符合對模具工作零件使用性能的要求。具有滲（shèn）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（jié）合性能，

結合層之間實現（xiàn）平穩過（guò）渡。但操作（zuò）溫度較（jiào）高（900～950℃），尤其（qí）是離子滲碳溫度可達1100℃，且滲碳後還需進（jìn）行（háng）相應（yīng）的熱（rè）處理，從而導致模具變形（xíng）的可能性加大，因此高精度塑料模（mó）具不建議采用（yòng）該項技術。

氣體滲碳溫度（dù）一般為920～950℃，經王榮濱試驗綜（zōng）合評定：滲碳層表麵最（zuì）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均勻平緩，淬火組織中不允許有粗條狀馬氏體，過多（duō）殘奧，網狀碳化（huà）物和黑色屈氏體（tǐ）。過高的（de）碳質量分數易使模具零件組織中出現網狀（zhuàng）碳化物等惡性組織，影響模（mó）具質量（liàng）和壽命，在後續加工過程中易出現應力集中，產生（shēng）龜裂等（děng）現象。

離子滲碳（tàn）溫度一般為900～960℃，與氣體滲碳比較，離子滲碳具（jù）有效率高、變形小、汙（wū）染小、可處理任何形狀（zhuàng）的模具零件（jiàn）表麵等優點，更適合在塑料（liào）模（mó）具和衝（chōng）壓模具表麵強化加工中（zhōng）應用。

1.2 火焰表麵熱噴（pēn）塗（tú）技術

熱噴塗技術是一種發展極為迅速的表麵強化新（xīn）技術，它是利用（yòng）熱源（yuán）（電弧（hú）、離子弧（hú）、火焰等）將（jiāng）噴塗材料加熱到熔融或半熔融狀態，並使其霧化，以一（yī）定的速度噴（pēn）向經過預處理的基（jī）體（tǐ）表（biǎo）麵，依靠物理變化和化學變化，與（yǔ）基體結合的工藝方法，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（gāi）項技術在模具表麵強化中的應用得到進一步（bù）發展和完善（shàn），廣州有色金屬研究院采用超音速噴塗硬質合金（jīn）工藝，使Cr12不鏽鋼拉深

模（mó）的（de）壽命提高了3～10倍。同時該技（jì）術應用在（zài）模具修複中也取得較（jiào）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的張祥林等采用超音速火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼（gāng）表麵製（zhì）備了納米結構的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗（tú）層平均剪切強度達150.8MPa，塗（tú）層的結合強度（dù）大於（yú）80 MPa，塗層硬度高於1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓模修（xiū）複後，完全能滿足企業的使用要求。

1.3 複合表麵電鍍技術（shù）

電（diàn）鍍技術是一種用電化（huà）學方（fāng）法在基體表麵沉積金屬（shǔ）或金屬化處理的技術。電（diàn）鍍硬鉻和硬鎳是我國塑料模具表麵處理的傳（chuán）統（tǒng）技（jì）術。該技術在近室溫下（xià）進行，模具性能幾乎不受影響，也不會出現（xiàn）嚴重變形，

同時電鍍層的表麵粗糙度較低（dī），硬度升高為800HV。但仍存在諸多問題（tí），如（rú）：耐蝕性不高（gāo），溝槽、深孔無法處理，使其（qí）在（zài）模具強（qiáng）化中的（de）應用受到（dào）一定限製，目前隻可（kě）用於強化普通塑料模具的耐磨性，不適用於形（xíng）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（yù）。複合電刷鍍可強（qiáng）化（huà）模具型腔表麵，也可（kě）用於修複模具型腔表麵。研（yán）究發現，在模具型（xíng）腔表麵刷（shuā）鍍非晶態鍍層（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（fàn）圍較寬，可操作性強，充分體現出鍍層的多樣性和綜合性。大連理工大學的於同敏（mǐn）、劉貴（guì）昌（chāng）等將（jiāng）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明顯效果，達到模具成型（xíng）表（biǎo）麵（miàn）耐磨耐腐蝕等綜合性能要求（qiú），但其硬度稍低。為此哈爾濱工業大學的範會玉在Ni－P的（de）基礎上，將PTFE與SiC微粒複合，應用在玻璃（lí）纖維增強的塑料成型（xíng）模具中，實踐表（biǎo）明可使其壽命提高（gāo）10倍左右（yòu）。

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（mó）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（yè）中使用頻率較高的穩定化合（hé）物主要（yào）有TiC、TiN、SiN等（děng）。

物理氣（qì）相沉積（PVD）是（shì）用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。該技術在20世紀初開始應用，在最近30年發展迅速，成為了一（yī）門具（jù）有廣（guǎng）闊應用前景的新（xīn）技術，並逐漸向環（huán）保型（xíng）、清潔型趨勢發展，主要用（yòng）於製造精度（dù）較高（gāo）的冷作模具。江西省科學

院應用物理研究所的彭文屹、張（zhāng）德元采用多弧離子鍍膜法對（duì）20根經TiN塗層處理的冷擠壓凸模進（jìn）行實際使用壽命試驗，發（fā）現其壽（shòu）命提高1.5倍以（yǐ）上；廣州有（yǒu）色金屬研究院的林鬆（sōng）盛、代明江對物理氣（qì）相沉積硬質薄膜在工模具上的應用（yòng）進行了詳細研（yán）究，指出該技術能明顯提高模具的使用壽命和工件加工質量。但是PVD法也存在（zài）著諸如繞鍍（dù）性差等缺（quē）點（diǎn），對形狀複雜的模具零件表麵進行（háng）處（chù）理存（cún）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（fǎ）使氣體（tǐ）在基體材（cái）料表麵發生化學反應並形成覆蓋層（céng）的實用技術。該（gāi）技（jì）術沉（chén）積溫度高、塗層結合牢固，對模具零件表麵形狀幾乎沒有要求，諸如形狀複雜（zá）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（de）相關缺陷，例如在模具表麵強化中經常使用的TiC塗層硬度高，耐磨性好，摩（mó）擦因數小，減摩（mó）性好，抗咬合性（xìng）強，大幅度提（tí）高模具的使用壽命。但CVD法存在處（chù）理溫度高，仍需進行淬火處理，會導致較大變形等缺陷，因此在高精（jīng）度模具的製造中此技（jì）術的使用（yòng）受到一定限製。

等離子（zǐ）增強化學氣相沉積（PCVD）是利用輝光放電增強反應物（wù）化學（xué）活性，促進氣相間的（de）化學反應，在低（dī）溫下沉積出優質鍍層的實用技術（shù），是介於CVD和PVD之間的（de）一種（zhǒng）處理方法。用PCVD法將塗層鍍覆在模具工作零件表麵，經實踐證（zhèng）明，經濟效益非常可觀。重慶工（gōng）學院的張葉成、張津對PCVD技術（shù）在模具強（qiáng）化中的應用進行研究，發現利用PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模具上沉積一層TiC，比無沉積膜層的模（mó）具壽命提高10倍以（yǐ）上；將PCVD法用於塑料製品模具上可提高模具壽（shòu）命1～4倍。北京航空航天大學的陶冶教授籌建了PCVD表麵強化技術研究實驗室（shì），自行設計製造了試驗設備和輔助配套設施，並及時得到了（le）自然科學基金的資助（zhù）。項目組研製了基於PCVD複（fù）合（hé）滲鍍法的模（mó）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，適用於（yú）所有高溫回火模具和（hé）部分低溫（wēn）回火模具的（de）製備（bèi），是目前唯一一種既適用於刀具強化又適（shì）用於形狀複

雜（zá）的模具表麵強化的氣相沉積表麵強化（huà）技術。由此（cǐ）可見，PCVD技術在模具零件強化領域（yù）中的應用已經有所成就，

並（bìng）且應用前（qián）景非常廣闊。

1.5 高能束流強化技術（shù）

高能束（shù）流（liú）強（qiáng）化技術具有（yǒu）非接觸、精確可控、材料適應性廣、柔性強、質量優、資源節約（yuē）和環境友好等（děng）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、小批量加工，甚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（měi）的（de）強化效果在冷作模具、熱作模具和塑（sù）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。有重大應用價值。

2、表麵強化技術在（zài）模具製造中的（de）應用前景展望

根據研究，稀土（tǔ）元素可以強化表麵，提高（gāo）滲速，淨化（huà）穩定晶界，同時改善模具零件表（biǎo）麵組織、物理化學性（xìng）能（néng）和（hé）機械加工性能。把稀土元素（sù）應用在（zài）複合表麵強化技術過程中，可（kě）獲得更（gèng）加明顯的效果。如（rú）在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加入稀土，可使模具型腔麵的耐（nài）磨壽命延（yán）長近（jìn）5倍。除此之外，稀土元素在（zài）化學沉積（jī）、電沉積、噴塗和激（jī）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，可見稀土元素應用於模（mó）具（jù）製造將是今後研究（jiū）的（de）重要方向。

隨著納米技術的飛速發展，其在提高模具的生產率和（hé）壽命方麵效果顯（xiǎn）著。但該技術（shù）還存在（zài）許多不完善的地方，尚（shàng）有許多工作（zuò）要（yào）做，如（rú）：複雜的模具型（xíng）腔（qiāng）表麵塗層（céng）不均勻、沉積參數不明（míng）確、針對模具零件表麵強化機理未明（míng）等問題。

3、結論

模具工作零件表麵強化（huà）技術可（kě）以在一定（dìng）程度上彌補目前模具材料的一些不（bú）足，並已顯現出極強的發展（zhǎn）潛力（lì），但就目前的模具零（líng）件表麵強化技術（shù）而言，仍存在一些（xiē）不足，其應用也受到一定限製，隻（zhī）要注重研究開發，一定會加快和完善表麵強化技術在模具（jù）製造過程中的應用。

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