模具（jù）製造中的（de）表麵強化技術是指模具工作零件（jiàn）表麵（miàn）經預處理後，通過單一或複（fù）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（néng）的專業強（qiáng）化技術。該技（jì）術的功能性、環保性和增效性等優勢（shì）在模具製造成（chéng）本、模具質量和模（mó）具壽命等方麵起著尤為重要的（de）作用。在生產中，綜合考慮該技術的特點、模具工作條（tiáo）件和生產的經濟性等因素，選擇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（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 滲碳表麵化學熱處（chù）理

滲碳工藝是（shì）一種較常（cháng）使用（80%以上（shàng））的模具表麵強（qiáng）化技（jì）術，該工藝主要針對塑料模具型腔的表（biǎo）麵強化。經滲碳處理後的模具（jù）工作零件，可達到“外硬內韌”的（de）效果，即（jí）工作零件（jiàn）表麵獲（huò）得硬度、

耐磨性（xìng）、疲勞強度等性能（néng）的提升，而心部（bù）仍保持原來的塑韌（rèn）性、強度，符合對模具工作零件使用性能的要求。具有滲速快、滲層深、成本低（dī），且滲層和基體零件之（zhī）間具有較完美（měi）的結合（hé）性能，

結合層之間實現平穩過渡。但操作（zuò）溫度較高（900～950℃），尤其是離子滲碳溫度可（kě）達1100℃，且滲（shèn）碳後還需進行相應的熱處理，從而導致模具變形的可能性加大，因此高精度塑（sù）料（liào）模具（jù）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均勻平緩，淬（cuì）火組織中不允（yǔn）許（xǔ）有粗條狀馬氏體，過（guò）多殘奧，網狀碳化物和黑色屈氏體。過高的碳（tàn）質量分數易（yì）使模具零件組織中出現網狀（zhuàng）碳化（huà）物等惡性組織，影響模具質量和（hé）壽命，在後續加工過程中易出現應力集（jí）中，產生龜（guī）裂等現象。

離子滲碳溫度一般為900～960℃，與氣體滲碳（tàn）比（bǐ）較，離子滲碳具有效率高、變形小、汙染小、可（kě）處理任何形狀的模具零件表（biǎo）麵等優點（diǎn），更適合在塑（sù）料模具和衝壓模具表麵強化加工中應用。

1.2 火焰（yàn）表麵熱噴塗技術

熱噴塗技術是一種發展極（jí）為迅速的（de）表麵強化新技術，它（tā）是利用（yòng）熱源（電弧、離子弧、火焰等（děng））將噴塗材料加熱到熔融或半熔融狀態，並使其霧化，以一定（dìng）的速度噴向經（jīng）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）合的工藝方法，此結（jié）合（hé）層，能提高模具零件的耐磨（mó）、耐（nài）蝕（shí）、耐（nài）熱等性能，且操作簡便，成（chéng）本較（jiào）低。近年來（lái），該（gāi）項技術在模（mó）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（yòng）超（chāo）音速噴塗（tú）硬質合金工藝，使Cr12不鏽鋼拉深

模（mó）的（de）壽命提高了3～10倍。同時該技術應用在模具修複中也取得較大進步，如華中科技大學材（cái）料成形與（yǔ）模具（jù）技術國家重點實驗室的張（zhāng）祥林等采用超音（yīn）速火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵（miàn）製備了納米結構（gòu）的WC12Co金屬陶瓷塗層，測（cè）得（dé）塗層平均剪切（qiē）強度達150.8MPa，塗層的（de）結合強度大於80 MPa，塗（tú）層硬度高於1000HV。運用HVOF技術（shù）對冷（lěng）擠壓模修複後，完全能滿足企業的使用要求。

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體表麵沉積金屬或金屬化處理（lǐ）的（de）技術。電鍍硬鉻和硬鎳是我國塑料模具表麵（miàn）處理的（de）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（yán）重變形，

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

目前，複合鍍是模具行（háng）業中鍍層技（jì）術（shù）應用最有活力的領（lǐng）域。複合電刷鍍可強化模具型腔表麵，也可用於修複模（mó）具型（xíng）腔表麵。研（yán）究發現，在模具（jù）型腔表麵刷鍍非晶態鍍層（0.01～0.02mm），可延長壽命（mìng）0.5～1.0倍（bèi）。複合鍍層中可（kě）加入微粒（lì）的品種較多，且（qiě）參數調整範圍較寬，可操作性強，充分體現出鍍層的多（duō）樣性和（hé）綜合性（xìng）。大（dà）連理工大學的於同敏、劉貴昌等將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明顯效果，達到模（mó）具成型表麵耐（nài）磨耐腐蝕等綜合性能要求，但其硬（yìng）度稍低。為此哈爾濱工（gōng）業大學的（de）範會（huì）玉在Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微粒複合，應用在玻（bō）璃纖維增強的塑料成型模（mó）具中，實踐表明可使（shǐ）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（yě）就是氣相沉（chén）積（jī）技術，是將具有特殊性能的穩定化合物沉（chén）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（gōng）業（yè）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（shǐ）應用，在最近30年發展迅速，成為了一門具（jù）有廣闊應用前景的新技術，並逐漸（jiàn）向環保型、清潔型趨勢（shì）發展，主要用於製造精度較高的冷作模具。江西省科學

院應用物（wù）理研究所的彭文屹、張德元采用多弧離子鍍膜法對20根經TiN塗層處理的（de）冷（lěng）擠壓凸模進行實際使用壽命試驗，發現其壽命提高1.5倍以上；廣州有色金屬研究院的林鬆盛（shèng）、代明江對物（wù）理氣（qì）相沉積硬質薄膜在工模具（jù）上的應用進行了詳細研究，指出該技術能明顯提高模具的使（shǐ）用壽命和工件加工質量。但是（shì）PVD法也存在著諸如繞鍍性差等缺點，對形狀複雜的模具零件表麵進行（háng）處理存在一定（dìng）限製。

化（huà）學氣相沉積（CVD）是在900～2000℃範圍內用化（huà）學方法使氣體在（zài）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（jié）合牢固，對（duì）模具零件表（biǎo）麵形狀（zhuàng）幾乎沒有要求，諸（zhū）如形狀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（mó）具表（biǎo）麵強化中經常使用的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（fú）度提高模具的（de）使用壽命。但CVD法存在處理溫度高，仍需進行淬火處理（lǐ），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的使用受到一定限製。

等（děng）離子（zǐ）增強（qiáng）化學氣相沉積（PCVD）是（shì）利用輝光放電增強反應物（wù）化學活性，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CVD和PVD之（zhī）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（de）張葉（yè）成、張津對PCVD技術在模具強化中的應用進行研究，發現利用（yòng）PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模具（jù）上沉積（jī）一層TiC，比（bǐ）無沉積（jī）膜層的模具壽命提高10倍以上；將PCVD法用於塑（sù）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（huà）技術研究實（shí）驗室，自（zì）行設（shè）計製造（zào）了試驗（yàn）設備和輔助配套（tào）設施，並及時得到（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（hǎo）和鍍層結合（hé）力高（gāo）等優點，適用（yòng）於所有高溫回火模具和部分低溫回火模具（jù）的製（zhì）備，是目前唯一一種既適用於刀具強化（huà）又適用於形狀複

雜的（de）模具表（biǎo）麵強化的氣相沉積表麵強化技（jì）術。由此可見，PCVD技術在模具零件強化（huà）領域中的應用已經有所成就，

並且應用（yòng）前景非常廣闊。

1.5 高能束流（liú）強化技術

高能束流強化技術具有非接（jiē）觸、精確可控、材料適應性廣（guǎng）、柔性強、質量（liàng）優、資源節約和環境友好等綜合優勢，既可（kě）用於大批量高效自動化生產，又適（shì）用於多品種、小批（pī）量加工，甚（shèn）至個性化產品的訂製，是模具製造業中不可缺少的重（chóng）要技術。其中，離子注入技術以其幾乎完美的強化效果在冷作模具（jù）、熱作模具和塑料模具等領域中得（dé）到廣泛應用，其平均壽命一般可提高2～10倍。有重（chóng）大應用價（jià）值。

2、表（biǎo）麵強化技術在模具製造中的應（yīng）用前景展（zhǎn）望

根據研究，稀土元素可以強化表麵，提高滲速，淨（jìng）化穩定（dìng）晶界，同時改善模具零件表麵組織（zhī）、物理（lǐ）化學（xué）性能和機械加工性能。把稀土元素應用在複合表麵強化技術過程中，可獲得更加明（míng）顯的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加入稀土，可（kě）使模具（jù）型腔麵的耐磨壽命（mìng）延長近5倍。除此（cǐ）之外，稀土元素在化（huà）學沉積、電沉積、噴塗和激光塗覆等方麵都具有明顯的改善作用，但效果尚不十分（fèn）穩（wěn）定，可見稀土元素應用於模具製（zhì）造將是今後（hòu）研究的重（chóng）要方向。

隨著（zhe）納米技術的飛速發展（zhǎn），其在提高模具（jù）的生產率和（hé）壽命方麵效果（guǒ）顯著（zhe）。但該技術還存在許多不完善的地方，尚有許多工作要做，如：複（fù）雜的模具型腔表麵塗層不均勻、沉積參數不明確、針對模具零件表麵強化機理未明等問（wèn）題（tí）。

3、結（jié）論

模具工作零件表麵強（qiáng）化（huà）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（yǐ）顯現出極強的發展（zhǎn）潛力，但就目前（qián）的模具零件表麵強化技術而言，仍存在一些不足（zú），其應用也受到一定限製，隻要注重（chóng）研究開發，一定（dìng）會加快和完善表麵強（qiáng）化技術（shù）在模具製造過程中的應用。

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文章關鍵（jiàn）詞：注塑模具工作零件表麵強化技術應（yīng）用研究