模具製造中的表（biǎo）麵強化技術是指（zhǐ）模具工作（zuò）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（líng）件獲得所需表麵或（huò）綜合性能的專（zhuān）業強化技術。該技術的功能性、環保（bǎo）性和增效性（xìng）等優勢在模具製造成本、模具質（zhì）量和模具壽命等方麵起著尤（yóu）為重要的作用（yòng）。在生產中，綜合考慮該技術的特（tè）點、模具工作條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（qǔ）突（tū）出（chū）的經濟效益。

1、表麵強化技術在模具製造中的應（yīng）用現狀

1.1 滲碳表麵化學熱處理

滲碳（tàn）工藝是一種較（jiào）常使用（yòng）（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（shèn）碳處理後的模具工作零件（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（mó）性、疲勞強度等性能的提升，而心部仍保持原（yuán）來的塑韌性、強度，符（fú）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（měi）的結合性能（néng），

結合層之間實現平穩過渡。但操作溫度較（jiào）高（900～950℃），尤其是離子滲碳溫度可達1100℃，且滲（shèn）碳後還需進行相應的熱處理，從而導致模具（jù）變形的可能性（xìng）加大，因此高（gāo）精度塑料模（mó）具不建議采用該項技術（shù）。

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（biǎo）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，淬火組織（zhī）中不允許有（yǒu）粗條狀馬氏體，過多殘奧，網狀碳化物和黑色屈氏體。過（guò）高的碳質（zhì）量分數易使模（mó）具零件（jiàn）組織（zhī）中出現網狀（zhuàng）碳化物等惡性（xìng）組織，影（yǐng）響模具質量和（hé）壽命（mìng），在後續加工過程中易出現應力集中，產生（shēng）龜裂等現（xiàn）象。

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

1.2 火焰表麵熱噴塗技術

熱噴塗技術是一種發（fā）展極為（wéi）迅速的表麵強化（huà）新技術，它（tā）是利（lì）用熱源（電弧、離子弧、火焰等（děng））將（jiāng）噴塗材料（liào）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（jīng）過預處理的基（jī）體表麵，依靠物理變化（huà）和化學變化，與基體（tǐ）結合的工藝方法（fǎ），此結（jié）合層（céng），能提高模具零件的耐磨、耐蝕、耐（nài）熱等性能，且操作簡便，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（wán）善，廣州有色金屬研（yán）究院采用超音速噴（pēn）塗（tú）硬質合金工藝，使Cr12不鏽鋼拉深

模的壽命提高了3～10倍。同時該技術應用在模具修複中也取得較大進（jìn）步，如華中科技大學材料成形（xíng）與模具技術國家重點實驗室（shì）的（de）張祥林等采用超音速火焰噴塗（HVOF）技（jì）術，在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納米（mǐ）結構（gòu）的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗層平均（jun1）剪切強度達150.8MPa，塗層的結合強度大於80 MPa，塗層硬度高於1000HV。運（yùn）用HVOF技術對冷擠壓模修複後，完全能滿足企業的使用要求。

1.3 複合表麵（miàn）電（diàn）鍍技術

電鍍技術是一種用電化學（xué）方法（fǎ）在基體表麵沉積金屬（shǔ）或金屬化處理的技術。電鍍硬鉻和硬鎳是我國塑料模具表麵處理的傳統（tǒng）技術。該技術（shù）在近室溫下進行，模具性能幾乎（hū）不受影響（xiǎng），也不會出現嚴重變形，

同時電鍍層的表麵粗糙度較低，硬度升高為800HV。但仍存在諸多問（wèn）題，如：耐蝕性不高，溝槽、深孔無法處理，使（shǐ）其在模具（jù）強化中的應用受到一定（dìng）限製，目（mù）前隻可用於強化普通塑料模具的耐磨性，不適用（yòng）於形狀複（fù）雜且耐蝕性（xìng）要求高的塑料模具。

目前，複（fù）合鍍是模具行（háng）業中鍍層技術應（yīng）用最有活力（lì）的領域。複合電（diàn）刷鍍（dù）可強化模具型腔表麵，也可用（yòng）於修複模具型腔表麵。研究發現（xiàn），在模具型腔（qiāng）表麵刷鍍非晶態（tài）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，可操作性強，充分體現出鍍層的多樣性和綜合性（xìng）。大連（lián）理工大學的於同敏、劉貴（guì）昌等將Ni－P－PTFE複（fù）合鍍用於UPVC管件模具表麵強（qiáng）化，解決UPVC材料對模具表麵（miàn）的腐蝕有明顯效果，達到（dào）模具成（chéng）型表麵耐磨耐腐蝕等（děng）綜合性能要（yào）求，但其硬（yìng）度稍低。為此哈爾濱工（gōng）業大學的範會玉在Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微粒複合，應用在玻璃纖維增強的塑料成型模具中，實踐表明可使其壽命（mìng）提高10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜技術

鍍膜技術也就是氣相沉積技（jì）術，是將具有特（tè）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（shǐ）模具工作零件具有優異（yì）性能。工業中使用頻率較高的穩定（dìng）化合物主要有TiC、TiN、SiN等。

物（wù）理氣相沉積（PVD）是用物理方法使鍍膜材料汽化後在（zài）基體表麵沉積成覆蓋層（céng）的實用技術。該技術在20世紀初開始應用（yòng），在（zài）最近30年發展迅速，成為了一門具有廣闊（kuò）應用前景的新技術，並逐（zhú）漸向環保型、清潔型趨勢發展（zhǎn），主要用於製造精（jīng）度較高的冷作模具。江西省科學（xué）

院應用物理研（yán）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（chù）理的冷擠壓凸模進（jìn）行實際使用壽命試（shì）驗，發現其壽命（mìng）提高1.5倍以上；廣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工模具上的應用進行了詳細研究，指出（chū）該技術能（néng）明顯提高模具的使用壽（shòu）命和工件（jiàn）加工質量。但是PVD法也存在著諸如繞鍍性差等缺點，對形狀複雜（zá）的模具零件表麵（miàn）進行處理（lǐ）存在一定限製。

化學（xué）氣相沉積（jī）（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（xíng）成覆蓋層的實用技術。該技術沉積溫度高、塗層結合（hé）牢固，對模具零件表麵形狀幾乎沒有要求，諸如形狀複雜或帶有槽（cáo）溝及小孔的（de）零件均可進行均勻塗覆，彌（mí）補了物理氣相沉積的相關（guān）缺陷，例如在模（mó）具表麵強化中（zhōng）經（jīng）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（yǎo）合性強，大幅度（dù）提高（gāo）模具的使用（yòng）壽（shòu）命。但CVD法（fǎ）存在處理溫（wēn）度高，仍需進行淬（cuì）火處理，會導致較大變形等（děng）缺陷，因此在高精度模具的製造中此技術的使（shǐ）用受到一定限製。

等離子增強（qiáng）化學氣相沉積（jī）（PCVD）是利用輝光放電（diàn）增強反應物化學活性，促進氣相間的化學反（fǎn）應，在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（jì）效益非常可觀（guān）。重慶工學院的張葉（yè）成、張津對PCVD技術在模（mó）具強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，比無沉積膜層的模具（jù）壽命提高10倍以上；將PCVD法用於塑料製品模具上可（kě）提高（gāo）模（mó）具壽命1～4倍（bèi）。北（běi）京航空航天大學的陶（táo）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（zào）了試驗設（shè）備和（hé）輔助配套設施，並及時得到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（biǎo）麵強化（huà）技術，具有工藝溫（wēn）度（dù）低、均鍍性好和鍍層（céng）結合力高等優點，適用（yòng）於所有（yǒu）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（jì）適用於刀具強化又（yòu）適用於形（xíng）狀複（fù）

雜的模具表麵強化的氣相沉積表麵強化技術（shù）。由此可見，PCVD技術（shù）在模具零件強化領域中的應用已（yǐ）經有（yǒu）所成就，

並且（qiě）應用前景非常廣闊。

1.5 高能束流（liú）強化技術

高能（néng）束流強化技術具有非接觸、精確可控、材料適應性廣、柔性強、質量優、資源（yuán）節約和環境友好（hǎo）等綜合優（yōu）勢，既可用於（yú）大批量高效（xiào）自動化生產，又適用（yòng）於多（duō）品種、小（xiǎo）批量加工，甚至（zhì）個性化產品的訂製，是模具（jù）製造業中（zhōng）不可缺少的重要技術。其中，離子注（zhù）入技術以其幾（jǐ）乎完美的強化效果在冷作模具、熱作模具和（hé）塑料模具（jù）等領域中得到廣泛（fàn）應用，其平均壽命一般（bān）可提高2～10倍。有重大應用價值。

2、表麵強（qiáng）化技術在模（mó）具（jù）製造中的應用前景展望

根據研究，稀（xī）土元素可以強化表麵，提高滲速，淨化穩定晶界，同時改善模具零件表（biǎo）麵組織、物理化學性能和機械（xiè）加工性能。把稀土元素應用在複合表麵強化技術過程中，可獲得更加明顯的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加入稀土（tǔ），可使模具型腔麵的耐磨壽命延長近5倍。除（chú）此（cǐ）之外，稀土元素在化學沉積、電沉積、噴塗和激光塗（tú）覆等方麵都具有明顯的改善（shàn）作用，但效果尚不十分穩定，可見稀土元素應用於模具製造將是（shì）今後研究的重要（yào）方向（xiàng）。

隨（suí）著納米技（jì）術的飛速發展（zhǎn），其在提高模具的生產率和壽命方（fāng）麵效果顯著。但該技術還存在許多（duō）不完善的地方，尚有許（xǔ）多工作要做，如：複雜的模（mó）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題。

3、結論

模（mó）具工作零（líng）件表麵強化技（jì）術可以在（zài）一定程度上彌補目前模具（jù）材料的一些（xiē）不足，並已顯現（xiàn）出極強的發展潛力，但就目前的模具零件（jiàn）表麵強化技術（shù）而言，仍存在一些不足，其應用也受到一定限製，隻要注重研究開發，一定會（huì）加快和完善表麵強化（huà）技術（shù）在模具製造過程中的應（yīng）用。

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