模具（jù）製造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（jì）術處理，使模具工作（zuò）零件獲得所需（xū）表麵或綜合（hé）性能（néng）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、模具質量和模具壽命等方（fāng）麵起著尤為重要的作用。在生產中，綜合考慮該技術的特（tè）點、模具工（gōng）作條件和生產的經濟性等因（yīn）素，選擇眾因素（sù）的最佳匹配點，可顯著改善（shàn）模具壽命（mìng）、質量，獲取突出的經濟（jì）效益。

1、表麵強化技術在模具製造中的（de）應用現狀

1.1 滲碳（tàn）表麵（miàn）化學熱處理

滲碳工藝是一種較常使用（80%以上）的（de）模具表麵強化技術，該工藝（yì）主要針對塑料模具型腔的表麵強化。經滲碳處理後的（de）模具工作零件（jiàn），可達（dá）到“外硬內韌”的效果，即工作零件（jiàn）表（biǎo）麵獲得硬度、

耐磨性、疲勞強度等性能的提升，而心部仍（réng）保持原來的（de）塑韌性、強度，符合對模具工作零件使用（yòng）性能的要求。具有滲速（sù）快、滲層深（shēn）、成本低，且滲層和基體零件（jiàn）之間（jiān）具有較完美的結合性（xìng）能，

結合層之間（jiān）實現平穩過渡。但操作溫度較高（900～950℃），尤其是離子滲碳（tàn）溫度可（kě）達1100℃，且滲碳後還需進行相應的（de）熱處（chù）理，從而導致（zhì）模（mó）具變（biàn）形的可能性加大（dà），因此高精度塑（sù）料模具不建議采（cǎi）用（yòng）該項技術。

氣體滲碳（tàn）溫度（dù）一般為920～950℃，經王榮濱試（shì）驗綜合評定：滲碳層表麵最合理的含碳量為（wéi）ｗ（Ｃ）0.85％～0.95％，滲層由外向內碳質量分數（shù）梯度應均勻平緩，淬火組織中不允許有（yǒu）粗條狀馬氏體，過多（duō）殘奧，網狀碳化物和黑色屈氏體。過高的碳質量（liàng）分數易使模具零件組織中出現（xiàn）網狀碳化物（wù）等惡性組織，影響模具質量和壽命，在（zài）後續加工過程中（zhōng）易出現應力（lì）集中，產（chǎn）生（shēng）龜裂等現象。

離（lí）子滲碳溫度（dù）一（yī）般為（wéi）900～960℃，與氣體滲碳（tàn）比較，離子滲碳具有效率高（gāo）、變形小、汙染小、可處理任何形狀的模具（jù）零件表麵等優（yōu）點，更適合在塑料模（mó）具和（hé）衝壓模具表麵強化加工中應用。

1.2 火焰表麵熱噴塗技術

熱噴塗技術是一（yī）種發展極為（wéi）迅速的表麵強化新技術，它是利用熱源（電弧、離子弧、火（huǒ）焰等）將噴塗材料加熱（rè）到熔融或半熔融狀態，並使其霧化，以一定的速（sù）度噴向經（jīng）過預處理（lǐ）的基體（tǐ）表麵（miàn），依靠物理變化和化學變（biàn）化，與基（jī）體（tǐ）結合的工藝方法，此結合層，能提高模具零件的（de）耐磨、耐蝕、耐熱等性能，且操作簡便，成本較低。近年來，該項技術在模具表麵強化中（zhōng）的應用得到進一步發展和完善，廣州有色金屬研究（jiū）院采用（yòng）超音速噴塗硬質合金工藝（yì），使Cr12不鏽鋼拉深

模的壽命（mìng）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步，如華中科技大學材料成形與（yǔ）模具技術國家重點實（shí）驗室的張祥林等采用超音速火（huǒ）焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製（zhì）備（bèi）了納（nà）米結構的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗（tú）層平均剪切強度達150.8MPa，塗層的（de）結合強度大於（yú）80 MPa，塗層（céng）硬度高於1000HV。運用HVOF技術對冷擠壓模（mó）修複後，完全能滿足企業的（de）使用要求。

1.3 複合表麵電鍍技術

電（diàn）鍍技術是一種用（yòng）電化（huà）學方法在（zài）基體表麵沉積金（jīn）屬或（huò）金屬化處理的技術。電鍍硬鉻和硬鎳是我國塑（sù）料模具表麵處理的傳統技（jì）術。該技（jì）術在近室溫下進行，模具性能幾乎（hū）不受影響，也不會（huì）出現嚴重變形，

同時電鍍層（céng）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，使其在模具強化中的應用受到一定限製，目前（qián）隻可用於強化普通塑（sù）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。

目前，複合（hé）鍍是模具行業中（zhōng）鍍層技（jì）術應用（yòng）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（mó）具型（xíng）腔表麵。研（yán）究發現，在（zài）模具型（xíng）腔表麵刷鍍非晶態鍍（dù）層（céng）（0.01～0.02mm），可延長壽命0.5～1.0倍。複合（hé）鍍層中可加入微粒的品種較多，且參數調整範（fàn）圍（wéi）較寬，可操（cāo）作性強，充分體現出鍍層的多樣性和（hé）綜合性。大連理工大學的於（yú）同敏、劉貴昌等將（jiāng）Ni－P－PTFE複合鍍用於UPVC管件模具表麵強化，解（jiě）決UPVC材料對（duì）模具表麵的（de）腐蝕（shí）有明顯效果（guǒ），達（dá）到模具成型表麵耐磨耐腐蝕等綜合性（xìng）能要求（qiú），但其硬度稍低。為此哈爾濱工業大學（xué）的範會玉（yù）在Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微粒複合，應用在（zài）玻璃纖維增強（qiáng）的塑料成型模具中，實踐表明可（kě）使其壽（shòu）命提高10倍左（zuǒ）右。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜技術

鍍膜（mó）技術也就是（shì）氣相沉積技術，是將具有特（tè）殊性能的穩定化合物沉積於模具工（gōng）作（zuò）零（líng）件（jiàn）表（biǎo）麵，形成超硬鍍膜，使模具工作零件具（jù）有優異性能（néng）。工（gōng）業中使用頻率較高的穩定化合物主要有TiC、TiN、SiN等。

物理氣（qì）相沉積（PVD）是用物理方法（fǎ）使鍍（dù）膜材料汽化後（hòu）在基體表麵沉積成覆蓋層的實用技術。該技術在20世紀初開（kāi）始應（yīng）用，在（zài）最近30年發展迅速（sù），成（chéng）為了一門具有（yǒu）廣闊（kuò）應用前景的新技術，並逐漸（jiàn）向環保（bǎo）型、清潔型趨勢發展，主要（yào）用於製造精度較高的冷作（zuò）模具（jù）。江西省科學

院應用物（wù）理研究所的彭文屹、張德元采用（yòng）多弧離子鍍膜法對20根經TiN塗層（céng）處理的冷擠壓凸模進行（háng）實（shí）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鬆盛、代明江對物理氣相沉積硬質薄（báo）膜在工（gōng）模具上的應用進行了（le）詳細研究，指出該（gāi）技術（shù）能明（míng）顯提高模具的（de）使用壽命和（hé）工件加工質量。但是PVD法也存（cún）在著（zhe）諸如繞鍍性差等缺點，對形狀複雜的模具零件（jiàn）表麵進行處理存在（zài）一定限製。

化學氣相沉（chén）積（CVD）是在（zài）900～2000℃範圍內用（yòng）化學方法使氣（qì）體在基體材料表麵發生化（huà）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，對模具零件表麵形狀幾乎沒（méi）有要求，諸如形狀複雜或帶有槽溝及小（xiǎo）孔的零件均可進行均勻塗（tú）覆（fù），彌補了（le）物理氣相沉積的相（xiàng）關缺陷，例（lì）如（rú）在模（mó）具表麵強化中經常使用的TiC塗層（céng）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（jù）的使用（yòng）壽命。但CVD法（fǎ）存在處理溫度高，仍需進行淬火處理，會導致較大變形（xíng）等缺陷，因此在（zài）高精度模具的製（zhì）造中此技術的使用受到一定限製。

等離子增（zēng）強化學（xué）氣相沉（chén）積（PCVD）是利用（yòng）輝光放電增（zēng）強反應物化學活性，促進氣相（xiàng）間的化學反（fǎn）應（yīng），在低溫下沉（chén）積出優質鍍層（céng）的實用技術，是介於CVD和PVD之（zhī）間的一種處理方（fāng）法（fǎ）。用PCVD法將塗層鍍覆在模具工作零件表麵，經實踐證明，經濟（jì）效益非常可觀。重慶工學院的張葉成、張津（jīn）對PCVD技術（shù）在模具強化中的應用進行研究，發現利用PCVD技術在W18Cr4V冷（lěng）擠壓模具上沉積一層TiC，比無沉積膜層的模具壽命提高10倍以上（shàng）；將（jiāng）PCVD法用於塑料製品模具上可提高模具壽命1～4倍。北（běi）京航空航天大學的陶冶教授籌建了（le）PCVD表麵強化技術研究實驗室，自行設計（jì）製造了試驗設（shè）備和輔助配套設（shè）施，並及時（shí）得到了自（zì）然科（kē）學基金（jīn）的資助。項目（mù）組研製了基於PCVD複合滲鍍法的模具表麵強化技（jì）術（shù），具有工藝（yì）溫度低、均鍍性好和（hé）鍍層結合力高等優點，適（shì）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（zhuàng）複（fù）

雜的模具（jù）表麵強化的（de）氣（qì）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（zhōng）的應用已（yǐ）經（jīng）有所成就，

並且（qiě）應用前景非（fēi）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、精確可控、材料適應性廣、柔性強、質量優、資源節約和環境友好等綜合優勢（shì），既可用於大批量高效自動化生產，又適用於（yú）多品種、小批量（liàng）加工，甚至個性化產品的訂（dìng）製，是模具製造業中不可缺少的重要技術。其中，離子（zǐ）注入技術以（yǐ）其幾（jǐ）乎完美的強化效果在冷作模具、熱作模具和（hé）塑（sù）料（liào）模具（jù）等領域中得到廣（guǎng）泛（fàn）應用，其平均壽命（mìng）一般可提高2～10倍。有重大應用（yòng）價值。

2、表麵強化技術在模具製造（zào）中的應用前景展望

根據研究，稀土元素可以（yǐ）強化表麵，提高滲（shèn）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）性能和機械加工性（xìng）能。把稀土元素應用在複合（hé）表麵強化技術過程中，可獲得（dé）更加明顯的效果。如在（zài）Ni－Cu－P－MoS2鍍層中（zhōng）加（jiā）入稀土（tǔ），可使模具型（xíng）腔麵的耐磨壽命延長近5倍。除此之外，稀土元素在化學沉積、電（diàn）沉（chén）積、噴塗和激光（guāng）塗覆等方麵都具有（yǒu）明顯的改善作用（yòng），但效果尚（shàng）不十分穩定（dìng），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（sù）發展，其在提高模具的生產率和壽（shòu）命方麵效果顯著。但該技術還存在許多不完善（shàn）的地方，尚有許多工作要（yào）做，如（rú）：複雜（zá）的模具型腔（qiāng）表麵塗層不均勻、沉積（jī）參數不明確、針（zhēn）對模（mó）具零件表麵強化機理未明等問題。

3、結論

模具工作（zuò）零件表麵強化技術可以在一（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（qiáng）的發展潛力，但就目前的模具零件表麵強化技術而言，仍存在（zài）一些不足（zú），其應用（yòng）也受到一（yī）定限製，隻要注重研究開發，一定會加（jiā）快和完善表麵（miàn）強化技術在模具製造過程（chéng）中的應用。

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