模具製造（zào）中的表麵（miàn）強化技術是指模具工作零件表麵（miàn）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（hé）性能的專業強化技術。該技術的功能性、環保性和增效性等優勢在模具製造成本、模具質量和模具（jù）壽命等方麵起（qǐ）著尤為重要的作用（yòng）。在生產中，綜合考慮該技術的特點、模具工作條件和（hé）生產的經濟性等因素，選擇（zé）眾因素的最佳匹配點，可顯著改善模具（jù）壽命、質量（liàng），獲取突出（chū）的經濟（jì）效益。

1、表麵強化技術在模具製造（zào）中（zhōng）的（de）應用現狀

1.1 滲碳表（biǎo）麵化學熱處理

滲碳工藝是一種較常使用（80%以上）的模（mó）具表麵強化技術，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工作零件，可達到“外硬（yìng）內韌”的效果，即工作零件表麵獲得（dé）硬度、

耐磨（mó）性、疲勞強度等性能的（de）提升，而心（xīn）部仍保持原來的塑韌性、強度，符合（hé）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（líng）件之間具有較完美（měi）的結合性能，

結合層之間實現平穩過渡。但操作溫度較高（900～950℃），尤其是離子滲（shèn）碳溫度（dù）可達1100℃，且滲碳後（hòu）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（jīng）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（yǒu）粗條狀（zhuàng）馬氏體，過多殘奧，網狀碳化物和黑色屈氏體。過高的碳（tàn）質（zhì）量分數易使模具零（líng）件組織（zhī）中出現網狀碳化物等惡性組織，影響模具（jù）質量和壽命，在（zài）後續加工過程中易出現應力集中（zhōng），產生龜裂等現（xiàn）象。

離子滲碳溫度一般為900～960℃，與氣體滲碳比較，離子滲（shèn）碳具有效率高、變形（xíng）小、汙染小、可處（chù）理任何形（xíng）狀的模具零件表麵等優點，更適合在塑料模具（jù）和衝壓模具表麵強（qiáng）化加工中應用。

1.2 火（huǒ）焰表麵熱噴塗技術

熱噴塗技術是一種（zhǒng）發（fā）展極為迅速的表麵強化新（xīn）技（jì）術，它是利用熱源（電弧、離子弧、火焰等）將噴塗材料加熱到熔（róng）融或半熔融狀（zhuàng）態，並使其（qí）霧化，以一定的速度（dù）噴向經過預處理的基體表麵，依靠物理變化和化學變化（huà），與基體結合的（de）工藝方法，此結合層，能提高模具零件的耐磨、耐蝕、耐熱等（děng）性能，且操作簡便，成本較低。近年來，該項技（jì）術在模具（jù）表麵強化中的應用得到進一步發展和完善，廣州有色（sè）金屬研究院采用超（chāo）音速噴塗硬質（zhì）合金工藝，使Cr12不（bú）鏽鋼拉深

模的壽命提高（gāo）了3～10倍。同時該技術應用在模具修複（fù）中也取得較大進步，如華中科技大學材料成形與模具技術國家重點實驗（yàn）室的張祥林等采用（yòng）超音速火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納米（mǐ）結構的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗層平（píng）均（jun1）剪切（qiē）強度達150.8MPa，塗（tú）層的結合強度（dù）大於80 MPa，塗層硬度高（gāo）於1000HV。運用HVOF技術對冷（lěng）擠壓模修複後，完全能（néng）滿足企業的使用要求。

1.3 複合表麵電鍍技術

電（diàn）鍍技術是一種用電化學方（fāng）法在基體（tǐ）表麵沉積金屬或金屬化處理的技術。電鍍硬鉻和硬（yìng）鎳是我國塑料模具表麵處理的傳統技術（shù）。該技術在近室溫下進行，模（mó）具性能幾乎（hū）不受影響，也不（bú）會出現（xiàn）嚴重變形，

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

目前，複合鍍是模具行業中（zhōng）鍍層技術應用最有活力的領域。複合電刷鍍可（kě）強化（huà）模具型腔表麵，也可用於修複模具型腔表（biǎo）麵。研究發現，在模具型（xíng）腔（qiāng）表麵刷鍍非晶態（tài）鍍層（0.01～0.02mm），可延長（zhǎng）壽命0.5～1.0倍（bèi）。複合鍍層中可加入微（wēi）粒的品種較多（duō），且參數調整範圍較寬，可操（cāo）作性強，充分體現（xiàn）出鍍（dù）層的多樣（yàng）性和綜合性。大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（duì）模具（jù）表麵的腐蝕有明顯效果，達到（dào）模具成型表麵耐（nài）磨耐腐蝕等綜合性（xìng）能要（yào）求（qiú），但其硬度稍低。為此哈爾（ěr）濱工業大學的（de）範會（huì）玉（yù）在Ni－P的（de）基礎（chǔ）上，將PTFE與SiC微粒複合，應用在玻璃纖維增強的塑料成（chéng）型（xíng）模具中（zhōng），實踐表明可使（shǐ）其壽命提高10倍左右（yòu）。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵（miàn）鍍（dù）膜技術

鍍膜技術也就是氣相沉積技術（shù），是（shì）將具有特殊性能的穩定化合物（wù）沉積於模具工作零件表麵，形成超硬鍍膜，使模具工作零件（jiàn）具有優異性能。工業中使用（yòng）頻（pín）率較高的穩定化合物主要有TiC、TiN、SiN等。

物理氣相沉積（PVD）是用物理方法使鍍膜材料汽化後在基體（tǐ）表麵沉（chén）積（jī）成覆蓋層的實（shí）用技術。該技術在20世紀初開始應用（yòng），在（zài）最近30年發展迅速，成為了（le）一門具有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，主要用於製造精度較高（gāo）的冷作模具。江西省科學

院應用（yòng）物理研究所的（de）彭（péng）文屹、張德元采用多弧離子鍍膜（mó）法對20根經TiN塗層處理的冷擠壓凸模（mó）進行實際使用（yòng）壽命試驗，發現（xiàn）其壽命提（tí）高1.5倍以（yǐ）上；廣州有色金屬研究院的林鬆盛、代（dài）明江對物理氣相沉（chén）積硬質薄膜在工模具上的應用進行了（le）詳細研究，指出該技（jì）術（shù）能明顯提高模具的使（shǐ）用壽命和工件加工質量。但是PVD法也存在著（zhe）諸如繞鍍（dù）性差等缺點，對形狀複雜的模（mó）具零件表麵進行處理存在一定限製（zhì）。

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（liào）表麵發生化學反應並形成覆蓋層的實用（yòng）技術。該技術沉積溫度高、塗層結合牢固，對模具零件（jiàn）表（biǎo）麵形（xíng）狀幾乎沒有要求，諸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（jī）的相關缺陷，例（lì）如在模具表麵強化中經常使（shǐ）用的TiC塗層硬度高，耐磨性好，摩擦因數小，減摩性好，抗（kàng）咬合性強，大幅度提高模具的使用壽命。但CVD法存在處理溫度高（gāo），仍需進（jìn）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（dào）一定（dìng）限（xiàn）製（zhì）。

等離子增強化學氣相（xiàng）沉積（PCVD）是利用輝光放電增強反應物化學活性，促進氣（qì）相間的化學反應，在（zài）低溫下沉積出優質鍍層的實用技術，是介於CVD和PVD之間的一種（zhǒng）處理方（fāng）法。用PCVD法將塗層鍍覆（fù）在模（mó）具工作零件表麵，經實踐證明，經濟效益非常（cháng）可觀。重慶工（gōng）學院的張葉成、張（zhāng）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（zài）W18Cr4V冷擠（jǐ）壓模具上沉積一層TiC，比無沉積膜層的模具壽命提高10倍以上；將PCVD法用於塑料製品模具上可提（tí）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，自行設計製造了試驗設（shè）備和輔助配套設施，並及時得到了自然科學基金的（de）資助。項目組研製了基於（yú）PCVD複合滲鍍法的模具表麵強化技術，具有工藝溫度低、均鍍性好和鍍層結合力高等優點，適用於所有高溫回火模具（jù）和部（bù）分低溫（wēn）回火模具的（de）製備，是目前（qián）唯一一（yī）種既適用於（yú）刀（dāo）具強化又適用於形狀複

雜的模具表麵強化的氣相（xiàng）沉積表（biǎo）麵強化技術。由此可見，PCVD技術在模具零件強化領域中的應用（yòng）已經有所成就，

並且應用前景非常廣闊。

1.5 高能束流強化技術

高能束流強化（huà）技術具有非接觸（chù）、精確（què）可控、材料適（shì）應性廣、柔性強、質量優、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，又適用（yòng）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（lí）子注入技術以其幾乎完美的強化（huà）效果在冷作模具、熱作模具和塑料（liào）模具（jù）等領域中得到（dào）廣泛應用，其平均壽命一般可提高2～10倍（bèi）。有重大應用價值。

2、表（biǎo）麵強化技術在模具製造中的應用前景展望

根（gēn）據研究（jiū），稀土（tǔ）元素可以強化表麵，提高滲速，淨化穩定晶界，同時改善模具零件表麵組織、物理（lǐ）化學（xué）性能和機（jī）械加工性能。把稀土（tǔ）元素應用在複合表麵強化技術過程中，可獲（huò）得更加明顯的效（xiào）果。如在（zài）Ni－Cu－P－MoS2鍍層（céng）中加入稀土，可使模具（jù）型腔麵的耐（nài）磨壽命延長近5倍。除此之外，稀土元素在化學（xué）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，但效果尚不十分穩定，可見稀土元素應（yīng）用於模具製造將是（shì）今後研究（jiū）的重要方（fāng）向。

隨（suí）著納米技術的飛速（sù）發展，其（qí）在提高模具的生產率（lǜ）和（hé）壽命方麵效果顯（xiǎn）著。但（dàn）該（gāi）技術還存在許多不完善（shàn）的地方，尚有許多工作（zuò）要做，如：複雜的模具型腔表麵塗層不均勻、沉積參數不明確、針對模具零件表麵強化機理未明等問（wèn）題。

3、結論

模（mó）具工作零件表麵強化技（jì）術可以在一定程（chéng）度上（shàng）彌補目前模具材料的一些（xiē）不足，並已顯（xiǎn）現出極強的發（fā）展潛力（lì），但就目前的模具（jù）零件表麵強化技術而言，仍（réng）存在一些不足，其應（yīng）用（yòng）也（yě）受到一（yī）定限製，隻要注重研（yán）究開發（fā），一定會（huì）加快和完善（shàn）表麵強化技術在（zài）模具製造過程中的應（yīng）用。

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