模具製造中的表麵強化（huà）技術（shù）是指（zhǐ）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，使模具工作零件獲得所需表麵（miàn）或綜合性（xìng）能的專業強化技術。該技術的功（gōng）能性、環保性（xìng）和增效性等優勢在模具製造成本、模具質量和模具壽命等方麵起著尤為重要的作用。在生產（chǎn）中，綜合考（kǎo）慮該技術的特點、模具（jù）工作條件和生產的經濟性等因素，選擇眾因素的最（zuì）佳匹配點，可顯著改善模具壽（shòu）命、質量，獲取突出的（de）經濟效益。

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）學熱處理

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零件，可達到“外硬內（nèi）韌”的效果，即工（gōng）作零件表麵獲得硬度、

耐磨性、疲勞強度等性能的提升，而（ér）心部仍保持原來的塑韌性、強（qiáng）度，符合對模具（jù）工作零（líng）件使用性能的要求。具有滲速快、滲層深、成本低，且滲層和基體零件之間具有較（jiào）完美（měi）的結合性能（néng），

結合層之間實現平（píng）穩過渡。但操作（zuò）溫度較（jiào）高（900～950℃），尤其是離子滲碳溫度可達1100℃，且（qiě）滲碳後還需進行相應（yīng）的熱處理，從而導致模具變形的（de）可能性加大，因此高精度塑料模具不建議采用（yòng）該項技術。

氣體滲碳溫度一般為920～950℃，經王榮濱（bīn）試驗綜合評定：滲碳層表麵最合理的含碳（tàn）量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲（shèn）層由外向內碳質量分數梯度應（yīng）均勻平緩，淬火組織中不允許有粗條狀馬（mǎ）氏體，過多殘奧，網狀碳化物和黑（hēi）色屈氏體。過高的碳質量分數易使模具零件組織中出現網狀碳化物等惡性組織，影響模具質量（liàng）和壽命（mìng），在後續加（jiā）工過程（chéng）中易出現應（yīng）力集中，產生龜裂等現象。

離（lí）子滲碳溫（wēn）度一般為900～960℃，與氣體（tǐ）滲碳（tàn）比較，離子滲碳具（jù）有效率高、變形小、汙染小、可處理任何形狀的模具零件表麵等優點，更適合在塑料模具和衝壓模具表麵強化（huà）加工中應用。

1.2 火焰表麵熱噴塗技術

熱噴（pēn）塗技（jì）術是（shì）一種發展極為迅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融狀態，並使其霧化，以一定的速度噴向經過預處理的基體表麵，依（yī）靠（kào）物理（lǐ）變化和化學變化，與基體結合的工藝方法，此結合層，能提高模具零件的（de）耐磨、耐蝕、耐熱等（děng）性能，且操（cāo）作（zuò）簡便，成本較低。近年來，該項技術在模具表麵強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噴塗硬質合金工藝，使Cr12不鏽鋼拉深

模的壽命提（tí）高了3～10倍。同時該技術（shù）應用在模具修複中也取得較大（dà）進步，如華中科技大學材料成形與模具技（jì）術國家重點（diǎn）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（céng），測得塗層平均剪切強度達150.8MPa，塗（tú）層的結合強度大於80 MPa，塗層硬度高於1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓模修複後，完全能滿足（zú）企業的使用要求。

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（jī）體表麵沉積金（jīn）屬或金屬（shǔ）化處理的技術。電鍍硬鉻和硬（yìng）鎳是我國（guó）塑料（liào）模具表麵處理的傳統技術。該（gāi）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（yán）重變形，

同時電鍍層的表麵粗（cū）糙度較低，硬度升高為800HV。但仍存在諸多問題，如：耐蝕性不（bú）高，溝槽、深孔無法處理，使其在（zài）模具強化中的應用（yòng）受到一定限製，目前隻可用於強化普通塑料模具的耐磨（mó）性，不適用於形狀複雜且耐（nài）蝕性要求高的塑（sù）料模具。

目前，複合鍍是模具行（háng）業中鍍層技術應用最有（yǒu）活力的（de）領域。複合電刷鍍可強化模具型腔表麵，也可用於修複模具型腔（qiāng）表麵。研究發現，在（zài）模具型腔表麵刷鍍非晶態鍍層（céng）（0.01～0.02mm），可延長壽命（mìng）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，可操作性強，充（chōng）分體現出鍍（dù）層的多（duō）樣性和（hé）綜合性。大連理工大（dà）學（xué）的於同敏、劉貴昌等將Ni－P－PTFE複合鍍用於（yú）UPVC管件模具（jù）表（biǎo）麵強化，解決（jué）UPVC材料對（duì）模（mó）具表麵的腐蝕有明顯效（xiào）果，達到模具（jù）成型表麵耐磨耐（nài）腐蝕等綜（zōng）合性能要求，但其硬度稍低（dī）。為此哈爾濱工業大學的範會玉在Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微粒複合，應用在玻璃纖維增（zēng）強的塑料成型（xíng）模（mó）具中，實（shí）踐表明可使其（qí）壽命提高10倍左（zuǒ）右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜（mó）技術

鍍膜技術也就是氣相沉積技（jì）術，是將具有特殊性（xìng）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（jù）工作零件（jiàn）具（jù）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）是用物理（lǐ）方法使（shǐ）鍍膜材料汽（qì）化後在基體表麵沉積成覆蓋層的實（shí）用（yòng）技術。該（gāi）技術在20世（shì）紀初開始應用，在最近30年發展迅速，成為了一門（mén）具有（yǒu）廣闊應用前景的新技術，並逐漸向環保型（xíng）、清潔型趨勢發展，主（zhǔ）要用於製造精度較（jiào）高的冷作模具。江西省科學

院應用物理研究所的彭文屹、張德元采用多弧（hú）離子鍍膜法對20根經TiN塗層處理的冷擠壓（yā）凸模進行實際使用壽命試（shì）驗（yàn），發現其壽命提高1.5倍以上；廣（guǎng）州有色金屬研究院的林鬆（sōng）盛、代明江對物理氣相沉積硬質薄膜在（zài）工模具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（shòu）命和工件加工質量。但是PVD法也存在著諸如（rú）繞鍍（dù）性差等缺點，對形（xíng）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（tǐ）在（zài）基體材料表麵（miàn）發生化學反應並形成覆（fù）蓋層的（de）實用技術。該技術沉（chén）積溫度高、塗層結合牢固，對（duì）模具零件表麵形狀幾乎沒有要（yào）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（qì）相（xiàng）沉積的相關缺陷（xiàn），例如在模（mó）具表麵強化中經常使用的（de）TiC塗（tú）層硬度高（gāo），耐磨性（xìng）好，摩擦（cā）因數小（xiǎo），減摩性好，抗咬（yǎo）合性強，大幅度提高模具的使用（yòng）壽命。但CVD法存在處理溫度高，仍需進（jìn）行淬火處理，會導致較大變形等缺陷，因此（cǐ）在高精度模具的製造中此技術的使用受到一（yī）定限製。

等離子（zǐ）增強化學（xué）氣相沉積（PCVD）是（shì）利用輝光放電增強反應物化學活性，促進氣相間的化學反應，在低溫下沉積（jī）出優質鍍層的實用技術，是介於（yú）CVD和PVD之間的一種處理方法。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研究，發現利用PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓（yā）模具上沉積一層TiC，比無沉積膜層的模具壽命（mìng）提高10倍以上；將PCVD法用於塑料製品模具上可提高（gāo）模具壽命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（yàn）室，自行（háng）設計製造了試驗設備和輔助配套設施（shī），並及時得到了自然科（kē）學基金（jīn）的資助（zhù）。項目組研（yán）製了基於PCVD複合滲鍍法的模具表（biǎo）麵強化技術，具（jù）有工藝溫度低、均鍍性好和鍍層結（jié）合（hé）力高等優點，適用於所有高溫回火（huǒ）模具和部分低溫回火模具的製備，是目前唯一一（yī）種既適用於刀具強化又適（shì）用於形狀複（fù）

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（mó）具零件強（qiáng）化領域中的應用已經有所成就，

並且（qiě）應（yīng）用前景非常廣闊。

1.5 高能束流強化技術

高（gāo）能束流強化技術具有（yǒu）非接觸、精確可控、材料適應性廣、柔性強、質量優、資源節約和環境（jìng）友好等（děng）綜合（hé）優勢，既可用於大批量高效自動（dòng）化生產，又適用於多品（pǐn）種、小批量加工，甚至個性化產品的訂製，是模具製造（zào）業中（zhōng）不可（kě）缺少的重要（yào）技術。其中，離子注入技術以其（qí）幾乎完美的強化效果在冷作模具（jù）、熱作（zuò）模（mó）具和塑料模具等（děng）領域中得到廣泛應用，其平均壽（shòu）命一般可提高2～10倍（bèi）。有重大應（yīng）用價值。

2、表麵強化技（jì）術在模具製造中的應用前景展望

根據研究，稀土元素（sù）可以強化表麵，提高滲速，淨化穩定（dìng）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工性能。把稀（xī）土元素應用在（zài）複合表麵強化技術過程中，可獲得更加明顯（xiǎn）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（shòu）命延（yán）長近5倍。除此（cǐ）之（zhī）外，稀土（tǔ）元（yuán）素在化（huà）學沉積、電沉積、噴塗和激光塗（tú）覆等方麵都（dōu）具有明顯（xiǎn）的（de）改善作用，但效果尚不十分（fèn）穩定，可見稀土元素應用於模具（jù）製造將是今後研究的重要方向（xiàng）。

隨著納米技術的飛（fēi）速（sù）發展，其在提高模具的生產率和壽命（mìng）方麵效果顯著。但該技術還存在許多不（bú）完（wán）善的（de）地方，尚有許多工作（zuò）要做，如（rú）：複雜（zá）的模具型腔表麵塗層不均勻（yún）、沉積參數不明確、針對模具零件（jiàn）表麵強（qiáng）化機理未明等（děng）問題。

3、結論

模具工作零件表麵強化（huà）技術可以在一定程度上彌補目前（qián）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（de）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製造過程中的應用。

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