模（mó）具（jù）製造中的表麵（miàn）強化（huà）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術處理，使模具工作零件獲得所需表（biǎo）麵或綜合性能的專業（yè）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（zhì）造成（chéng）本、模具質量和模具壽命等方麵起著尤為重要的作用。在生產（chǎn）中，綜合考（kǎo）慮該（gāi）技術的特點、模具工作條件和生產的（de）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，獲取突出（chū）的經濟（jì）效益。

1、表（biǎo）麵強化技術在模具製造中的（de）應用現狀

1.1 滲碳表麵化學熱（rè）處理

滲碳工（gōng）藝是一種較（jiào）常使用（80%以上）的（de）模（mó）具表麵（miàn）強化技術，該工藝主要（yào）針對塑料模（mó）具型腔（qiāng）的表麵強化。經滲碳處理後的模具（jù）工作零件，可達（dá）到“外硬內韌”的效果，即工（gōng）作零件表麵獲得硬度、

耐磨性（xìng）、疲勞強度等性能的提升，而心部仍保持（chí）原來的塑韌性、強（qiáng）度，符合對模具工作零（líng）件使用性能的要（yào）求。具有滲速快、滲層（céng）深、成本低，且滲層和基體零件之間具有較完美的結合（hé）性能，

結合層之間實現平穩過渡。但（dàn）操作溫度較高（900～950℃），尤（yóu）其是離子滲碳溫度可達1100℃，且滲碳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，因此高精度塑料模具不建（jiàn）議采用該項技術（shù）。

氣（qì）體滲（shèn）碳溫（wēn）度一般為（wéi）920～950℃，經王榮（róng）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（liàng）分數梯度應均（jun1）勻平緩，淬火（huǒ）組織中不允許有粗條狀馬氏體，過多殘奧，網狀碳化物和黑色屈氏體。過高的碳質（zhì）量分數易使模具（jù）零（líng）件組織中出現網狀碳化物等惡性組織，影響模（mó）具質量和壽命，在後續加工過程中易出現應力集中，產生龜裂等（děng）現象。

離子滲碳溫度一般為900～960℃，與氣體滲碳比（bǐ）較（jiào），離子滲碳具有效率高、變形小、汙染（rǎn）小、可處理（lǐ）任何形狀的（de）模具零件表麵等優（yōu）點（diǎn），更適合在塑料模具和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（pēn）塗技術是（shì）一種發展極為迅速的表麵強化新技術，它是利用熱源（電弧、離子弧、火焰等）將噴塗（tú）材料加（jiā）熱到（dào）熔融或半熔融狀態，並使其霧化，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，與基體結合的工藝方法，此結合層，能提高模具零件的耐（nài）磨、耐蝕、耐（nài）熱等性能（néng），且（qiě）操作簡便，成本較低。近年來，該項技術（shù）在模（mó）具表麵強化中的應用得（dé）到進一步發展和（hé）完善，廣州有色金屬研究（jiū）院采（cǎi）用（yòng）超音速噴塗（tú）硬質合金工藝，使Cr12不鏽鋼拉深

模（mó）的壽命提高了3～10倍。同時該（gāi）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（cái）料成（chéng）形與模具（jù）技術國家重點實驗（yàn）室的張祥林等（děng）采用超音速火焰噴（pēn）塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納米結構的WC12Co金屬陶瓷塗層，測得塗層平均剪切強度達150.8MPa，塗層的結合強度大於80 MPa，塗（tú）層硬度高於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 複合表麵電鍍技術

電鍍技術是一種用（yòng）電化（huà）學方法在基體表麵沉積金屬或金屬化處理的技術。電鍍硬鉻和（hé）硬鎳是我（wǒ）國塑料模具表麵處理的傳統（tǒng）技術。該技術在近室溫下進行，模具性能幾乎不受影響，也不會出現嚴重變形，

同時電鍍層的表麵（miàn）粗糙度較低，硬度升高為（wéi）800HV。但仍存在諸多（duō）問題，如：耐蝕性不高，溝槽、深孔無法處理，使其（qí）在模具強（qiáng）化中的應用受到（dào）一定限製，目前隻可（kě）用於強化普通塑料（liào）模具的耐磨性，不適用（yòng）於形狀複雜且耐（nài）蝕性要求高的塑料模具（jù）。

目前，複合鍍是模（mó）具行業中鍍層技術（shù）應用最有活力（lì）的領域（yù）。複合電刷鍍可強化模具型腔表麵，也可用於修複模具型腔表麵。研究發現，在模具（jù）型腔（qiāng）表麵刷鍍非晶態鍍層（0.01～0.02mm），可延長壽（shòu）命0.5～1.0倍（bèi）。複合鍍層中可加入微粒的品種較（jiào）多，且參數調整範（fàn）圍較寬（kuān），可（kě）操作（zuò）性強，充分（fèn）體現出鍍層的多樣性和綜合性。大連理工大學的於同敏、劉貴昌（chāng）等將Ni－P－PTFE複合鍍用於UPVC管件模具表麵強化（huà），解決UPVC材料對模具表麵的（de）腐蝕有明（míng）顯效果，達到模具（jù）成型表麵耐磨耐腐蝕等綜合性能要求，但其硬度稍低（dī）。為此哈（hā）爾濱工業大學的範會玉（yù）在Ni－P的（de）基礎上（shàng），將PTFE與SiC微粒複合，應用在玻璃纖（xiān）維增強的塑料成型模具中，實踐表明可使其壽命提高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積技（jì）術，是將具有特殊（shū）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（dù）膜，使（shǐ）模具工作零件具有優異性能。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（lǐ）氣相沉積（PVD）是用物（wù）理方（fāng）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。該技術在20世紀初開始應用，在最近30年（nián）發展迅速，成為了一門具有廣闊應用前景（jǐng）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（jīng）度較高的冷作模具。江西省科學

院應用物理研究（jiū）所的彭文屹、張德元采用多弧離子鍍膜法對20根經TiN塗層處理的冷擠壓凸模進行實際使（shǐ）用壽（shòu）命試（shì）驗（yàn），發現其壽命提高1.5倍以（yǐ）上；廣州（zhōu）有色金屬研究院的（de）林鬆（sōng）盛、代明江對物（wù）理氣相沉積硬質薄膜在工模具（jù）上的應用進行了詳細研究（jiū），指出該技術能明顯提高模具的使（shǐ）用壽命和工件加工質量。但（dàn）是PVD法也存在著諸如繞鍍性差等（děng）缺點，對形狀複雜的模（mó）具（jù）零件表麵進行處理存在一定限製。

化學氣相沉積（CVD）是在900～2000℃範圍內用化學方法使（shǐ）氣體在基體材料表麵發生化學反應並形成覆蓋層的實用技術。該技術沉積溫度高、塗層結合牢（láo）固（gù），對模具（jù）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零件均可進行均勻塗覆，彌補（bǔ）了物理氣相沉積的相關缺陷，例如在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（jiǎn）摩性好，抗咬合（hé）性強，大幅度提高模具的使用壽命。但CVD法存在處理溫度高，仍需進行淬（cuì）火處理，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（shǐ）用受到（dào）一定限製。

等離子（zǐ）增強化學氣相沉積（PCVD）是利用輝光放電增強反應物化學活性（xìng），促進氣相間的化學反應（yīng），在低溫（wēn）下沉積出優質鍍層的實用技術，是（shì）介於（yú）CVD和PVD之間的一種處理方法（fǎ）。用（yòng）PCVD法將（jiāng）塗層鍍（dù）覆在模具工作零件表麵，經實踐證明，經濟效益非常可（kě）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（jì）術在W18Cr4V冷（lěng）擠壓模具上沉積一層TiC，比無沉積（jī）膜（mó）層的模具壽命提高10倍以上；將PCVD法用於塑料製品模具（jù）上可提高模具壽命1～4倍。北京航空航天大學的（de）陶（táo）冶教授籌建了PCVD表麵強化技術研究（jiū）實驗（yàn）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（xué）基金的資助。項目組研製了基於PCVD複合（hé）滲鍍法的模具表麵（miàn）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（gāo）溫回火模具和部分低溫（wēn）回（huí）火模具的製備，是（shì）目前唯一一種既適（shì）用於（yú）刀具強化又適用於形狀複

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

並且應用前景非常（cháng）廣闊。

1.5 高能（néng）束流強（qiáng）化技術（shù）

高能束流強化技術具有非接觸（chù）、精（jīng）確可控、材料適應性廣、柔性強、質（zhì）量優、資源節約和環境友（yǒu）好等綜（zōng）合優勢，既可用於大批量高效自動化生產，又適用於（yú）多品種、小批（pī）量加工，甚至個性化產品的訂（dìng）製，是模具製造業中不可缺少（shǎo）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（xiào）果在冷作模具、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（jià）值（zhí）。

2、表麵強化技術在模具（jù）製造中（zhōng）的應用前景展望

根（gēn）據研究，稀土元素可以強化表（biǎo）麵（miàn），提高（gāo）滲速，淨化穩（wěn）定（dìng）晶界，同時改善模（mó）具零件表麵組織、物理化學性能（néng）和機械加工性能。把稀土（tǔ）元素應用在（zài）複合表麵強（qiáng）化技術過程中，可（kě）獲得更加明顯的效果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍層中加入稀土，可使模具型腔麵（miàn）的耐磨壽命延長近5倍。除此（cǐ）之外（wài），稀土元素在化學沉積、電沉積、噴塗和激光塗覆等方麵都（dōu）具有明顯的改善作用，但效果尚不十分（fèn）穩定，可見稀土（tǔ）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（shù）的飛速發展，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（xǔ）多（duō）不完善的地方，尚有（yǒu）許多工作要做，如：複雜的模（mó）具型腔表麵塗層不均勻、沉積參數不明確（què）、針（zhēn）對模具零件表麵強化（huà）機理未明等問題。

3、結論

模具工作零件表麵強化技術（shù）可以（yǐ）在一定程度上彌（mí）補目前模具材料的一些（xiē）不（bú）足，並（bìng）已顯現出極強的發展潛力，但就目（mù）前的模具零件表麵強化技術而言，仍存在一些不足，其應用也受到一定限製，隻要注重研究開（kāi）發，一定會加快和完善表麵強化技術在模具製造過程中的應用。

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