模具（jù）製造中的表麵強化技術是指模具工作（zuò）零件表麵經預處理後，通過單一或複合表麵技術處（chù）理，使模具工（gōng）作零件獲得所（suǒ）需表麵或綜合性能（néng）的專業（yè）強化技（jì）術。該技術的功能性、環保性和增效性（xìng）等（děng）優勢在模具製造成本、模（mó）具質量和模具壽命等方麵起著尤為重要的作（zuò）用。在生產中，綜合考慮該技術的特點、模具工作條件和生產的經濟性等因素，選擇眾因素的（de）最佳（jiā）匹配點，可顯著改善模具壽命、質量，獲取突出的經濟（jì）效益。

1、表麵強化技術在（zài）模具製（zhì）造中的應用現狀

1.1 滲（shèn）碳表麵化學熱處理

滲碳工（gōng）藝是一種較常使用（80%以上）的模具表麵強化技術，該工藝主要（yào）針對塑料模具型腔的表麵強化。經滲碳處理後的模具工（gōng）作零件，可（kě）達到“外硬內韌”的（de）效果，即工作（zuò）零件表麵獲得硬度、

耐磨性、疲勞強度等性能的提升，而心部仍保（bǎo）持原來的塑（sù）韌性、強（qiáng）度，符合對模具工作零件使（shǐ）用性（xìng）能的要（yào）求。具有滲速快、滲層（céng）深、成（chéng）本低，且滲（shèn）層和基體零件之間具有（yǒu）較完美的結合性能，

結合層之間（jiān）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達1100℃，且滲碳後還需進行相應（yīng）的熱（rè）處理，從而（ér）導致模具變形的（de）可能性加大，因此高精度塑料模具不建議采用該項技（jì）術（shù）。

氣體滲碳溫度一般為920～950℃，經（jīng）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，淬火組織中不允許有粗條狀馬氏體，過多殘奧，網狀碳化物和黑（hēi）色屈氏體。過高（gāo）的碳（tàn）質量分數易使模具零件組織中出現（xiàn）網狀碳化（huà）物等惡性組織，影響模具質量和壽（shòu）命，在後續加工過（guò）程中（zhōng）易出現應力集中，產生龜裂等現象。

離子滲碳溫度一般為900～960℃，與氣（qì）體滲碳比較，離子滲碳具有效率高、變形小、汙染小、可處理任何形狀的模具零件表麵等優點，更適合在塑料（liào）模具和衝壓模具表麵強化加工中（zhōng）應用。

1.2 火焰表麵（miàn）熱噴塗技術

熱噴塗技術是一種發（fā）展極為迅速的表麵強化（huà）新技術，它是利用熱源（yuán）（電弧、離子弧、火焰（yàn）等）將噴塗材料加（jiā）熱到熔融或半熔融狀態，並使其霧化，以（yǐ）一定（dìng）的速度噴向經過預處理的基體表麵，依靠物理變化和化學變（biàn）化，與（yǔ）基體（tǐ）結合的工藝方法，此結合層，能提高模具零件的耐（nài）磨、耐蝕、耐熱等性能，且操作簡便，成（chéng）本較低。近（jìn）年（nián）來，該項技術在模（mó）具表（biǎo）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超音速（sù）噴塗硬質合金工藝，使Cr12不鏽鋼拉深

模的壽命提高了3～10倍。同時該（gāi）技術應用在模具修（xiū）複中也取得較大進步，如華中科技大學材料成形（xíng）與模具技（jì）術（shù）國家重點（diǎn）實驗室的張祥林等采用超音速火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具（jù）鋼表麵（miàn）製備（bèi）了納米結構的WC12Co金屬陶瓷（cí）塗層（céng），測得塗層平均剪切強度達150.8MPa，塗層的結合強（qiáng）度大於80 MPa，塗層硬度高（gāo）於1000HV。運用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（hé）表麵電鍍（dù）技（jì）術（shù）

電鍍技術是一（yī）種用（yòng）電化學方法在基體表麵（miàn）沉積金屬或金屬化（huà）處理的技術。電鍍硬（yìng）鉻和硬鎳是我國塑料模具表麵處理的傳統技術。該技術在近室溫下進（jìn）行，模具性（xìng）能幾乎（hū）不受影響，也（yě）不會出現嚴重變形，

同時電鍍（dù）層的（de）表麵粗糙度較低，硬度升高為（wéi）800HV。但（dàn）仍存在諸多問（wèn）題，如：耐蝕性不高，溝槽、深孔（kǒng）無法處理，使其在模具強化中的應用受到一定（dìng）限製，目前隻可用（yòng）於強（qiáng）化普通塑料模具的耐磨（mó）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（jù）行業中（zhōng）鍍層技術應用最有活力的領域。複合電刷鍍可強化模具型腔表麵，也可用於修複模具型腔（qiāng）表麵。研究發現，在模具型腔表麵刷鍍非晶態（tài）鍍（dù）層（0.01～0.02mm），可延長壽命0.5～1.0倍。複合鍍層中（zhōng）可加入（rù）微粒的品（pǐn）種較多，且參數調整範圍較寬（kuān），可操作性強，充分體現出鍍（dù）層的多樣性和綜合性。大連理工大學的於同（tóng）敏、劉貴昌等將Ni－P－PTFE複合鍍用於UPVC管件模具表（biǎo）麵（miàn）強化，解（jiě）決UPVC材料對模具表麵的腐蝕有明顯效果，達到模具成型表麵耐磨耐腐（fǔ）蝕等綜合性能要（yào）求，但其硬度稍低（dī）。為此哈（hā）爾濱工業大學的範會玉在Ni－P的（de）基礎上，將PTFE與SiC微（wēi）粒複合，應（yīng）用在玻璃纖維增強（qiáng）的塑料成型模具中，實（shí）踐表明可使其壽命提高10倍左右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜技（jì）術

鍍膜技術（shù）也就是氣相沉積技術（shù），是將具有（yǒu）特殊性能的穩定化合物沉積於模具工作零件表麵（miàn），形成超硬鍍膜，使模具工作零件具有優異性能。工業中使用頻率較高的穩定化（huà）合物（wù）主要有TiC、TiN、SiN等。

物（wù）理氣相沉積（PVD）是用物（wù）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（jì）術在20世紀初（chū）開始（shǐ）應用，在最近30年發展迅（xùn）速，成為了一門具有廣闊應用前景的新技術，並逐（zhú）漸向環保型、清潔型趨勢發展，主要用於製造精度較高的冷作模具（jù）。江西省科學

院（yuàn）應用物理（lǐ）研究所的彭文屹、張德元采用（yòng）多弧離子鍍膜（mó）法對20根經TiN塗層處理的冷擠（jǐ）壓凸模進行實際使用壽命（mìng）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、代（dài）明江對物理氣相沉積（jī）硬質薄膜在工模具上的應用進（jìn）行了詳細研究，指出該技術能明顯提高模具（jù）的使用壽（shòu）命和工件加工質量。但是PVD法也存在著諸如繞鍍性差等（děng）缺點，對形狀複雜的模具零件表麵進行處理存在（zài）一定限製。

化學氣相沉積（CVD）是在900～2000℃範（fàn）圍（wéi）內用化學方法使氣體在基體材料表麵發生（shēng）化學反應並形成覆蓋層的實（shí）用技術。該技術沉積溫度高、塗層結（jié）合牢固，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溝及小孔的（de）零件均（jun1）可進（jìn）行均勻塗覆，彌補了物理氣相沉（chén）積的相關缺（quē）陷，例如在（zài）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（kàng）咬合性（xìng）強，大幅（fú）度提高模具的使用壽命。但CVD法（fǎ）存（cún）在處理溫度高，仍需進行淬火處理，會導致（zhì）較大變形等（děng）缺陷，因此在（zài）高精度（dù）模具（jù）的製造中此技術的使（shǐ）用受（shòu）到一定限（xiàn）製（zhì）。

等（děng）離子增強化學（xué）氣相沉（chén）積（PCVD）是利用（yòng）輝光（guāng）放電增強反應物化學活性，促進氣相間的化學反（fǎn）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法將塗層鍍覆在模具工作零件表麵（miàn），經實（shí）踐證明，經濟效益非常可觀。重慶工學院的張葉成、張津（jīn）對（duì）PCVD技術在模具強化中的應用進行（háng）研究，發現利用PCVD技（jì）術在W18Cr4V冷擠壓模具（jù）上沉積一（yī）層TiC，比無沉積膜層的模（mó）具壽（shòu）命提高10倍以上；將PCVD法用於塑料製品（pǐn）模具上可提高模具壽（shòu）命1～4倍。北京航（háng）空航天大學的陶冶教授籌建了PCVD表麵強化技術（shù）研究實驗室，自行設計製造了試（shì）驗設備和輔助配套設施，並及時得（dé）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麵強化（huà）技術（shù），具有（yǒu）工藝溫度低、均鍍性好和鍍層（céng）結合力高等優點，適（shì）用（yòng）於所有高（gāo）溫回火模具和（hé）部分低溫（wēn）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

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

並且應用前景非常廣闊。

1.5 高能束流強化技術

高能束流強化技術具有非接觸、精確可控、材料適應性廣、柔性強、質（zhì）量優（yōu）、資源節約和環境友好等綜合優（yōu）勢，既可用於大批量高效自動化生產，又適用於多品種（zhǒng）、小批量加工，甚至個性化產品的訂製，是模具製造業（yè）中不可缺少的重要技術。其（qí）中，離子注入（rù）技術以（yǐ）其幾乎完美的強化效果在冷作模具、熱作模（mó）具和塑料模具等領（lǐng）域中得到廣泛應用，其（qí）平均壽命一般可提高2～10倍。有重大應用價值。

2、表麵強（qiáng）化技術在模具製造中的應用前景展望

根據研究（jiū），稀土元素可以強化表麵，提高滲速，淨化（huà）穩定晶界，同時（shí）改善模具零件表（biǎo）麵組織、物（wù）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（huà）技術過程中，可獲得更加明顯（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5倍（bèi）。除此（cǐ）之外，稀土（tǔ）元素在化學沉積、電沉積、噴塗和激光塗覆等方麵都具有（yǒu）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（jīn）後研究的重要方向。

隨著納米技術的飛（fēi）速發（fā）展（zhǎn），其在提高模具的（de）生產率和壽命方（fāng）麵效果顯著。但該技術還存在許多不完善的地方，尚（shàng）有許多工作要做，如：複雜（zá）的模具型（xíng）腔表麵塗（tú）層不均勻、沉積（jī）參數不明確、針對（duì）模具（jù）零件表麵強化機理未明等問題。

3、結論（lùn）

模具工作零件表（biǎo）麵強化技術（shù）可以在一定程度上彌補目前模具材料的一（yī）些不足，並已顯現出極（jí）強的發展潛力，但（dàn）就目前的模具零件表麵（miàn）強化技術而言，仍存（cún）在一（yī）些不足，其應用也（yě）受到一（yī）定（dìng）限製，隻要注重研究開發，一定會加（jiā）快（kuài）和完善（shàn）表麵強化技術在模具製造過程中的（de）應用。

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