模具製造中的表麵強化技術是指模具工作零件表麵經預（yù）處理後，通過單一或複合表麵（miàn）技術處理，使模具工作零件（jiàn）獲得所需表麵或（huò）綜合性（xìng）能的專業強化技術。該（gāi）技術的功能性、環保性和增效性等（děng）優勢在模具（jù）製造成本（běn）、模具質量和模具壽命等方麵起（qǐ）著尤為重要的作用。在生產中，綜合考慮（lǜ）該技術的特點、模具工作條件和生產的經濟性等因素，選擇眾因素的最（zuì）佳（jiā）匹配點，可顯著（zhe）改善模具壽（shòu）命、質量，獲取突（tū）出的經濟（jì）效益。

1、表麵強化技術在模具製造中（zhōng）的應用現狀（zhuàng）

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（qiáng）化技（jì）術（shù），該工藝主要針對塑料模具型腔的表麵強化。經滲碳處理（lǐ）後的模具工作零件，可達到“外（wài）硬內韌”的效果，即（jí）工作零件表麵（miàn）獲得（dé）硬度、

耐磨性（xìng）、疲勞強度等性能（néng）的提升（shēng），而心部仍保持原來的塑（sù）韌性、強（qiáng）度，符合對模具工作零（líng）件使用性能的要求。具有滲速快、滲層深、成（chéng）本低，且滲層和基體零件之（zhī）間具有較完美的結合性能（néng），

結（jié）合層之間實（shí）現（xiàn）平穩過渡。但操作溫度較高（900～950℃），尤其是離子滲碳溫度可（kě）達1100℃，且滲碳（tàn）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（dà），因此高精度（dù）塑料模具不建議采用該項技術（shù）。

氣體滲（shèn）碳溫度一般為920～950℃，經王榮濱試驗綜合評定：滲碳（tàn）層表麵最合理的含碳（tàn）量為ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向內（nèi）碳質量分數梯度應均勻平（píng）緩，淬火組織中（zhōng）不允許有粗條狀馬（mǎ）氏體，過多（duō）殘奧（ào），網狀碳化（huà）物和黑色屈氏體。過高的（de）碳質量分數易使模具零（líng）件組織中出現網（wǎng）狀碳化物等惡性組織（zhī），影（yǐng）響模具（jù）質（zhì）量和壽命（mìng），在後續加工過程中易出現應力集（jí）中，產生龜（guī）裂（liè）等現象。

離子滲碳溫度一般為900～960℃，與氣體滲碳（tàn）比較（jiào），離子滲（shèn）碳具有效率高、變形小、汙染小、可處理任何形狀的模具零（líng）件表麵等優點，更適合在塑料（liào）模具和衝壓（yā）模具（jù）表麵強化加（jiā）工中應用。

1.2 火焰表麵熱噴（pēn）塗技（jì）術

熱噴塗技術是一種發展極為迅（xùn）速的（de）表麵強化新技術，它是利用（yòng）熱源（電弧、離子弧、火焰等）將噴塗材料加熱（rè）到熔融（róng）或半熔融狀態，並使其（qí）霧化，以一定的速度噴向經（jīng）過預處理的基體表（biǎo）麵，依靠物理變化和化學變化，與基體結（jié）合的工藝方法，此結合層，能提高模具（jù）零件的耐磨、耐蝕、耐熱（rè）等性能，且操作簡便，成本較低。近年來，該項技術（shù）在（zài）模具表（biǎo）麵強化中的應用得到進一步（bù）發展和完（wán）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（shòu）命提高了3～10倍（bèi）。同時該技術應用在模具修複中也取得較大進步，如華（huá）中科技大學（xué）材料成形與模具技術國（guó）家重點實驗室的張祥林等采用超音速火焰（yàn）噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製備了（le）納米結構的WC12Co金屬陶瓷塗層（céng），測得塗層（céng）平均剪切強度達（dá）150.8MPa，塗層的結合強度大於80 MPa，塗層硬度高於1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓模修複後，完全（quán）能滿足企業的使用要求（qiú）。

1.3 複合表麵電鍍技術

電（diàn）鍍技術（shù）是一種用電（diàn）化學方法在基體表麵沉積金屬或金屬化處（chù）理的技術。電鍍硬鉻和硬鎳是我（wǒ）國塑（sù）料模具表（biǎo）麵處理的傳統（tǒng）技術。該技術在近室溫下進（jìn）行，模具（jù）性能幾乎不受影響，也不會出（chū）現嚴重變形，

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

目前，複合鍍是模（mó）具（jù）行（háng）業中鍍層技（jì）術（shù）應用最有（yǒu）活力（lì）的（de）領域。複合電刷鍍可強化模具型腔（qiāng）表麵（miàn），也可用於修複模具型腔表麵。研究發（fā）現，在模具型腔（qiāng）表麵刷鍍非晶態鍍層（0.01～0.02mm），可（kě）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（duō）樣性和綜合性。大連（lián）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（cái）料對模（mó）具表麵的腐蝕有明顯（xiǎn）效果，達到模具成型表麵耐磨耐腐蝕等綜合性能要求，但其（qí）硬度稍低。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（zài）玻（bō）璃纖維增強（qiáng）的塑料成型（xíng）模具中，實踐表（biǎo）明可使（shǐ）其壽（shòu）命提高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（chén）積（jī）技術，是將（jiāng）具有特殊性能的穩（wěn）定化合物沉積於模具工作零件表麵，形成超硬鍍膜，使模具工作零（líng）件（jiàn）具有優異性能。工業中使（shǐ）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（yòng）物理方法使鍍膜材料汽化後在基體表麵沉積成（chéng）覆蓋層的實用技術。該技術在20世紀初開始（shǐ）應用，在最（zuì）近（jìn）30年發展迅速，成為了一（yī）門具（jù）有廣闊應用前（qián）景的新技術，並逐漸向環保型（xíng）、清潔型趨（qū）勢發展，主要用於（yú）製造精度較高的冷作模具。江西（xī）省科學

院應用物理研究所的彭文屹、張（zhāng）德元采用多弧離子鍍膜法對（duì）20根經TiN塗層處理（lǐ）的冷擠壓凸模進行（háng）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（lín）鬆盛、代明江對（duì）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（gāo）模具的使用（yòng）壽（shòu）命和工件加工質（zhì）量（liàng）。但是PVD法（fǎ）也存在著諸如繞鍍性差等缺點（diǎn），對（duì）形狀複雜的模具（jù）零件表麵進（jìn）行處理存在一（yī）定限製。

化學氣相（xiàng）沉（chén）積（CVD）是在900～2000℃範圍內用化（huà）學方法使氣體在基體材料表麵發生化學反應並形成覆蓋層的（de）實用技術。該技術（shù）沉積溫度（dù）高、塗層結合牢固，對模具零件表麵形狀幾乎沒（méi）有要求，諸如形狀複雜或帶有槽溝及小孔的零件均可進行（háng）均勻塗覆，彌補了物理氣（qì）相沉積（jī）的相關缺陷，例如在模具表麵強化中經（jīng）常使用的TiC塗層硬度高，耐磨性（xìng）好，摩擦（cā）因數小，減摩性好（hǎo），抗咬合（hé）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，仍需進行淬（cuì）火（huǒ）處理，會導致較（jiào）大變形等缺陷，因此在高精度（dù）模具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（guāng）放電增強反應物化學活性，促進（jìn）氣相間的化學反應，在低溫下（xià）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（céng）鍍覆在模具工作零件表麵，經（jīng）實踐證明，經濟效（xiào）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冷擠壓模具上沉積一層TiC，比無沉積膜層的模（mó）具壽命提高（gāo）10倍以上；將PCVD法用於塑料製品模具上（shàng）可提高模（mó）具（jù）壽命1～4倍。北京（jīng）航（háng）空航（háng）天大學的陶冶教授籌建了PCVD表麵強化（huà）技術研究實驗室（shì），自行設計製造了試驗（yàn）設備和輔助配套設施，並及時得到（dào）了（le）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（qiáng）化技術，具有（yǒu）工藝溫度低、均鍍性好（hǎo）和鍍層結合力高等優點，適用於所有高溫回火模具（jù）和部分低溫回火（huǒ）模具的製備，是目（mù）前唯一一種既適用於刀具強化又適用於形狀複

雜的模具表麵（miàn）強化的氣相沉積表麵強化技術。由此可見，PCVD技術在模具（jù）零件強化領域中的應用已經有所（suǒ）成就，

並且應用前（qián）景非常廣闊。

1.5 高能束流（liú）強化技術

高（gāo）能（néng）束流強化技術具有非接觸、精確可控、材料（liào）適應性廣、柔性強（qiáng）、質量優、資源節約和環境友（yǒu）好等綜合優勢，既可用（yòng）於大批量高效自動化生產，又適用於多品種、小批量加工，甚至個性化產品的訂製，是模具（jù）製造業中不可缺少的重要技（jì）術。其（qí）中，離子注入技術以其幾乎完美的強化效果在冷作（zuò）模具、熱作模具和塑料模具等領域中得到廣泛應用，其平均壽命一般可提高2～10倍。有重大應用價值。

2、表麵強化技術（shù）在模具製造中的應用前景展望

根（gēn）據研究（jiū），稀土元素可以（yǐ）強化表麵，提高滲速，淨化穩定晶（jīng）界，同時改善模（mó）具零件表麵組織（zhī）、物理化學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（jiā）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命延長近（jìn）5倍。除此之外，稀土元素在化學沉積、電沉積、噴塗和激光塗覆（fù）等方麵都具有明顯的改善作用，但效果尚不十分穩定，可見稀土元素應用於模具製造將是今後研究的重要方向。

隨著納米技術的飛速發展，其（qí）在提高模具的（de）生產率和壽命方麵效果顯著（zhe）。但該技術還（hái）存在許多不（bú）完善的地方，尚有（yǒu）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（bú）明確、針對模具零件表（biǎo）麵（miàn）強化（huà）機理未明等問題。

3、結論

模具（jù）工作零件表麵強化（huà）技術可以在一定程度上彌補目前模具材（cái）料的一些（xiē）不足，並已顯現出極強的發展潛力，但就目前的模具零件表（biǎo）麵強化技術而言（yán），仍存（cún）在一些不足，其應用也受到一定限製，隻要（yào）注重研究開發，一定會加快和完善表麵強化技術在模（mó）具製造（zào）過程中的應用。

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