模具製造（zào）中的表麵強化技術是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，使模具工作零件獲得所需表麵或綜合性能的專業強化技術。該技（jì）術的（de）功能性（xìng）、環保（bǎo）性和增效性等優勢在（zài）模具製造成本、模具質量和模具壽命等（děng）方麵起（qǐ）著尤為重要的作用。在生產中，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（yīn）素，選擇眾（zhòng）因素的最佳匹配點，可顯（xiǎn）著改善模具壽命（mìng）、質量，獲取突出的經濟（jì）效益（yì）。

1、表（biǎo）麵強化技術在（zài）模具（jù）製造中的應用現狀

1.1 滲碳表麵化學熱處理

滲碳工藝是一種較常使用（80%以上）的模具表麵強化技術（shù），該工藝主要針對塑料模具型腔的表麵強化。經滲碳（tàn）處理後的模具工作（zuò）零件，可達（dá）到“外硬（yìng）內韌”的效果，即工作零件表麵獲得硬度、

耐磨性（xìng）、疲勞強度等性能（néng）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完美的結合（hé）性能，

結合層之間實現平穩過渡。但操作溫度較高（900～950℃），尤其是離子（zǐ）滲碳溫度可達1100℃，且滲碳後還需進行相應的熱處理，從而導致模（mó）具變形的可能性加大，因此高精度塑料模具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（hé）評定：滲碳層表麵最合理的含碳（tàn）量（liàng）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，過多殘奧，網狀碳化（huà）物和黑色屈氏體。過高的碳質量（liàng）分數易使模具零件組織中出現網狀碳化物（wù）等（děng）惡性（xìng）組織，影響模具（jù）質量和壽命，在後續（xù）加工過程中易出現應力集（jí）中，產生龜裂等（děng）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（biàn）形小（xiǎo）、汙（wū）染小、可處理任何形狀的模（mó）具零件表麵等優點，更適（shì）合在塑料模具（jù）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

熱噴塗技術是一種發展極為迅速的表麵強化新技術，它是利用熱源（yuán）（電弧、離子弧、火焰等）將噴（pēn）塗材料加熱到熔融或半（bàn）熔融狀態，並（bìng）使其霧化，以一定的速度噴向經過預（yù）處理的基體表（biǎo）麵，依靠物理變化和化學變化，與基體（tǐ）結合的工藝方法，此結合層，能提高模具（jù）零件的耐磨、耐蝕、耐熱等性能，且操作簡便（biàn），成本較低。近年來，該項（xiàng）技術在模具表（biǎo）麵（miàn）強化中的應用得（dé）到進一步發（fā）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（shēn）

模的壽命提高了3～10倍。同時該技術應用在（zài）模具修複（fù）中也取得（dé）較大（dà）進步，如華中（zhōng）科（kē）技大學材（cái）料成形與模具（jù）技術國家重點實驗室的（de）張祥林等采用（yòng）超音速火焰噴塗（HVOF）技術（shù），在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納米結構的WC12Co金屬陶瓷（cí）塗層，測得塗層平（píng）均剪切（qiē）強度達150.8MPa，塗（tú）層的結合強度大（dà）於80 MPa，塗層（céng）硬（yìng）度（dù）高於1000HV。運用HVOF技術對（duì）冷擠（jǐ）壓模修複後，完全能滿足企業的使用（yòng）要求。

1.3 複合表麵電鍍技術

電鍍技術是一種（zhǒng）用電化學方法在基體（tǐ）表麵沉積金屬或金屬化處理的技術（shù）。電鍍硬鉻和硬鎳是（shì）我國塑料（liào）模具表麵（miàn）處理的（de）傳統技術。該（gāi）技術在近室溫下進行，模具性能幾乎（hū）不受影響，也不會出現嚴重（chóng）變形，

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

目前，複合鍍是模具（jù）行（háng）業中鍍層技術應用最有（yǒu）活力的領域。複合電刷鍍可強化模（mó）具型腔表麵（miàn），也可用於修複（fù）模具型腔表麵。研究發現，在模具型腔表麵刷鍍（dù）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，且參數調整範圍較寬，可操作（zuò）性強，充分體現出鍍層的多（duō）樣性和綜合性。大（dà）連理工大學（xué）的於同敏、劉貴（guì）昌等將Ni－P－PTFE複（fù）合鍍用於UPVC管件模具表麵強化，解決UPVC材料對模具（jù）表麵的腐（fǔ）蝕有明（míng）顯效果，達到（dào）模具成型表麵耐磨耐腐蝕等綜合性能要求，但其硬度稍低。為此（cǐ）哈爾濱工業大學的範會玉在Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微粒（lì）複合（hé），應用在玻璃纖維增強的塑（sù）料（liào）成型模具中，實踐表明可使其壽命提高（gāo）10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜技術

鍍（dù）膜技術也就是氣相沉（chén）積技術，是將具（jù）有特殊性能的穩定化合物沉積於模具工作零件表麵，形成（chéng）超硬鍍膜，使模具（jù）工作零件具有優異性（xìng）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（xiàng）沉積（PVD）是用物理方法使鍍膜材料汽（qì）化後在基體表麵沉積成覆蓋層（céng）的實用技術。該技術在20世紀初（chū）開始（shǐ）應用，在最近30年發展迅（xùn）速，成為了（le）一（yī）門具有廣闊應用前景的新技術，並逐漸向環保型、清潔型趨（qū）勢發展，主要用於製造精度較高（gāo）的冷作模具。江西（xī）省科學

院應用物理研究所的彭文屹、張德元采用多（duō）弧離子鍍膜法對20根（gēn）經TiN塗層處理的冷（lěng）擠壓凸模進（jìn）行實際使用壽命（mìng）試驗，發現其壽（shòu）命提高1.5倍以（yǐ）上；廣州（zhōu）有色金（jīn）屬研（yán）究院的林鬆盛、代明江對物理氣相沉積硬質薄膜在工模（mó）具上的（de）應用進行了詳（xiáng）細研究，指出該技術（shù）能明（míng）顯提高模具的使用壽命和工件加工質量。但是PVD法（fǎ）也存在著諸（zhū）如繞鍍性差（chà）等缺點（diǎn），對形狀複雜（zá）的模具零件表麵進行（háng）處理（lǐ）存在一定限製。

化學氣相沉（chén）積（CVD）是在900～2000℃範圍內用（yòng）化學方法使氣（qì）體（tǐ）在基體材料表麵發生化學反（fǎn）應並形成覆蓋層的實用技（jì）術。該技術沉積溫度高、塗層結合牢固，對模具零件表麵形狀幾乎沒有要求，諸如形（xíng）狀複雜或帶（dài）有槽（cáo）溝及（jí）小孔的零件均可進行均勻塗（tú）覆，彌補了（le）物理氣相（xiàng）沉積的相關缺陷，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，摩擦因數小，減摩性好，抗咬合性強，大幅度提高模具的使用壽命。但CVD法（fǎ）存在處理（lǐ）溫度高，仍需進行淬火處理，會導致較大變形等缺陷，因此在高精度模具（jù）的製造中此技術的使用受到一定限製。

等離子（zǐ）增強化學氣相沉積（PCVD）是利用輝光放電增強（qiáng）反應物化學活性，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之間的一種處理方法。用PCVD法將塗層鍍覆在模（mó）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（chéng）、張津對PCVD技術在（zài）模具強化中的（de）應用進行研究，發現利用PCVD技術在W18Cr4V冷擠壓模（mó）具上沉積一層TiC，比無沉積膜層的模具壽命提高10倍以上；將PCVD法用於（yú）塑料製品模具上可提（tí）高模具壽命1～4倍。北京航（háng）空航天大學的陶冶教（jiāo）授籌（chóu）建（jiàn）了PCVD表（biǎo）麵強化技術研究實驗室，自行設（shè）計製（zhì）造了試驗設備和（hé）輔助配套設施，並及時（shí）得到了自然科學基金（jīn）的資助。項目組（zǔ）研製了基於PCVD複（fù）合滲鍍法的（de）模（mó）具表麵強化技（jì）術，具有工藝溫度低、均鍍性好和鍍層結合力高等（děng）優點，適用於所有高溫回火模具和部分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（zá）的模具表麵強化的氣相沉積表麵強化技術。由此可見，PCVD技術在模具零件強化領域中（zhōng）的應用已經有所成就（jiù），

並且應用前景非常廣闊。

1.5 高能束流（liú）強化技術（shù）

高（gāo）能束流強化技術具有非（fēi）接觸、精確可控、材料適應性廣、柔性強、質量優（yōu）、資源節（jiē）約和環境友好等綜合優勢，既可用於大批（pī）量高效自動化生產，又適用於多品種、小批量加工，甚至個（gè）性化產品的訂製，是模具製造業中不可缺少的重要（yào）技術。其中（zhōng），離子注入技術（shù）以其幾乎完美的（de）強化效（xiào）果在冷作模具（jù）、熱作模（mó）具和塑料模具等領（lǐng）域中得到廣泛應用，其平均壽命一般（bān）可提高2～10倍。有重（chóng）大應用價值。

2、表麵強化技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（biǎo）麵，提高滲速，淨化穩定晶界，同時改善模具零件表麵組（zǔ）織、物理（lǐ）化（huà）學性能和機械（xiè）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（gèng）加明顯的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加（jiā）入稀土，可使模具（jù）型腔麵的耐磨壽命延長近5倍。除此（cǐ）之外，稀（xī）土元素在化學沉積（jī）、電沉積（jī）、噴塗和激光塗覆等方麵都（dōu）具有明顯的改善作用，但效果尚（shàng）不十分穩（wěn）定，可（kě）見稀土元素應（yīng）用於模具製（zhì）造將是今後研究的重要方向。

隨著納米技術的飛速發展，其在提高模具的生產率（lǜ）和壽（shòu）命方麵效果顯著。但該技術還存在許多不完善的地方，尚有許多工作要做，如：複雜的模具型腔表麵塗層不均勻、沉積參數不明確、針對模具（jù）零件表麵強（qiáng）化機（jī）理未明（míng）等（děng）問（wèn）題。

3、結論

模具工作零件（jiàn）表麵強化技（jì）術可以在一（yī）定程度上彌補目前模具材料的一些不足，並已顯現出極強的發展潛力，但就目前的模（mó）具零（líng）件表麵強化技術而言，仍存（cún）在一（yī）些不足，其應用（yòng）也受到一定限製，隻要注重研究開發（fā），一定會加（jiā）快和完善表麵強化技術在（zài）模具製造過程中的應用。

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