模（mó）具製造中的表麵強化（huà）技術是指模具工作零件表麵經預處理後，通過單一或複（fù）合表麵技術處理（lǐ），使模（mó）具工作零件（jiàn）獲得所需表麵或綜合性能的專業強（qiáng）化技術。該（gāi）技（jì）術的功能性、環保性和增效性等優勢在模具製造成本、模具（jù）質量和（hé）模具壽命等方麵起著尤為重（chóng）要的作用。在生產中，綜合考慮該技術的（de）特點、模具工作條件和生產的經濟性等因素，選擇眾因素（sù）的最佳匹配點，可顯著改善模具（jù）壽命、質量，獲取突（tū）出的經濟效益。

1、表麵強化技術在模具製造中的應用現狀

1.1 滲碳表麵化學熱處理

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

耐磨性、疲勞強度等性能的提升，而心部仍保持原來的塑韌性、強（qiáng）度，符合對（duì）模具工作零件使（shǐ）用性能的（de）要求。具有滲速快（kuài）、滲層深、成本低，且（qiě）滲層和基體零件之間具有較完美的結合性能，

結合層之間實現平（píng）穩過渡。但操作溫度較高（gāo）（900～950℃），尤其是（shì）離子滲（shèn）碳溫度可達1100℃，且（qiě）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（yīn）此高精度塑（sù）料模（mó）具不建議采用該（gāi）項技術。

氣體滲碳溫度一般為920～950℃，經王榮濱試驗綜合評定：滲碳層表麵最合理的含碳量（liàng）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（cū）條狀馬氏體（tǐ），過多殘奧，網（wǎng）狀碳化物和（hé）黑色屈氏體（tǐ）。過高的碳質量分數易使模具零件（jiàn）組織中出現網狀碳化物等惡（è）性組織（zhī），影響模（mó）具質量和壽命，在後續加工過程中易出現應力集（jí）中，產生龜裂等現（xiàn）象。

離子滲碳溫度一般為900～960℃，與氣體滲（shèn）碳比較，離（lí）子滲碳具（jù）有效（xiào）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，更適合在塑料模具和（hé）衝壓模具表麵強化加工中應用。

1.2 火焰表麵熱噴塗（tú）技術

熱噴塗技術是一種發展極為迅速（sù）的表麵強化新技術，它是利用熱源（電弧、離子弧、火焰等）將噴塗材料加熱到熔融或半熔融狀態，並（bìng）使其（qí）霧化，以一定的速度噴向經過預處理的基（jī）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磨、耐蝕、耐（nài）熱等性能，且操作簡便，成本較低。近年來（lái），該項技術在模具表麵強化中的應用得（dé）到進一（yī）步（bù）發展和完善，廣州有色金屬研究院采用超音速噴塗硬質合金工藝（yì），使Cr12不鏽（xiù）鋼拉深

模的壽命（mìng）提（tí）高了3～10倍。同（tóng）時該技術應用（yòng）在模具修複（fù）中也（yě）取得較大進（jìn）步，如華中（zhōng）科技大學材料成形與模具技術（shù）國家重點實驗室的張祥林（lín）等采用超音速火焰噴塗（HVOF）技術，在Cr12MoV模具鋼表麵製備了納米結構的WC12Co金（jīn）屬陶瓷塗層，測得塗層平（píng）均剪切強度達150.8MPa，塗層的結合強度大於80 MPa，塗層（céng）硬（yìng）度高（gāo）於1000HV。運用HVOF技（jì）術對冷擠壓模修複後，完全能滿（mǎn）足（zú）企業的使用要求。

1.3 複合表麵電鍍技（jì）術

電鍍技（jì）術是一種用電（diàn）化學方法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（chū）現嚴重變形，

同時電鍍層的表麵粗糙度較低（dī），硬度升高為800HV。但仍存（cún）在諸多問題，如：耐蝕性不高，溝槽、深孔無法處理（lǐ），使其在（zài）模具（jù）強化（huà）中的（de）應用受到一定（dìng）限製，目前（qián）隻可用於（yú）強化（huà）普通塑料模具的耐磨性，不適用於形狀複雜且耐蝕性要求高的塑料模具。

目前，複合鍍是模具行業中鍍層技術應用最有活（huó）力的領（lǐng）域。複合電刷鍍可（kě）強化模具型腔表麵（miàn），也可用於修複（fù）模具型（xíng）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），可延長壽命0.5～1.0倍（bèi）。複合鍍層中（zhōng）可加入微粒的品（pǐn）種（zhǒng）較多，且參數調整範圍較寬，可操（cāo）作性強，充分體現出鍍（dù）層（céng）的多樣性和綜合性。大連理工大（dà）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材料對模具（jù）表麵的腐蝕有明顯效果，達（dá）到模具成型表麵耐磨耐腐蝕等綜合性能要求，但其硬度稍低。為此哈爾濱工業大學的範會玉（yù）在Ni－P的基礎上，將PTFE與SiC微粒（lì）複（fù）合（hé），應用在玻璃纖維增強的塑料（liào）成型模具（jù）中，實踐表（biǎo）明可（kě）使其壽命提高10倍左右（yòu）。

1.4 PVD、CVD、PCVD表麵鍍膜技術

鍍膜技術也就是氣相沉積技術，是將具有特殊性能的穩定化合物沉積於模具工作零（líng）件表麵，形成超（chāo）硬鍍（dù）膜（mó），使模（mó）具工作零件具有優異（yì）性（xìng）能。工業（yè）中使用頻率較高的穩定化（huà）合物主要有TiC、TiN、SiN等。

物理氣相沉（chén）積（PVD）是用物理方法使鍍膜材料汽化後（hòu）在基體表麵沉積成覆蓋層的實用技術。該技術在20世紀初開始應用，在最近30年發展迅速，成為了一門具有廣闊應用前景的新技術，並逐漸向環保型、清潔型趨勢發展，主要用於製造精度較高的冷作模具。江西（xī）省（shěng）科學

院應用物理研究所（suǒ）的彭文屹、張德元采用多弧離子鍍（dù）膜法對20根經TiN塗層處理的冷擠壓凸模進行實際（jì）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（de）林鬆盛、代明江對物理氣相沉（chén）積硬質薄膜在工模具上的應用進行了（le）詳細研究，指出該技（jì）術能明顯提高模具的使（shǐ）用壽命和工件加（jiā）工質量。但是（shì）PVD法也存在著諸如繞鍍性差等缺點，對（duì）形狀複雜的模具零件（jiàn）表麵進行處理存在一定限製。

化學（xué）氣相沉積（CVD）是在900～2000℃範圍內用化學方法使氣體在基體材料表麵發生化（huà）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（jié）合牢固，對模（mó）具零件表麵形狀幾乎沒有（yǒu）要求，諸如形狀（zhuàng）複（fù）雜（zá）或帶有槽溝及小孔的零件均可進行均勻塗覆，彌補了（le）物理氣相沉積的相關缺陷，例如在模具（jù）表麵強化中（zhōng）經常使用的TiC塗層硬度高，耐磨性好，摩擦因數小，減摩性好，抗咬合性強，大幅度提高模具的使用壽命。但CVD法存在處理溫度高，仍需進行淬火處理，會導致較（jiào）大變形（xíng）等缺陷，因此在高精度模（mó）具的製造中此技術的使用受（shòu）到一定限製。

等離子增強化學氣相沉積（jī）（PCVD）是利用輝光放電增強反應物化學活性，促進氣相間的化學反應，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（yī）種（zhǒng）處（chù）理方法。用PCVD法將塗層鍍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（chóng）慶工學院（yuàn）的張葉成、張津對PCVD技術在模具強化中的應用進（jìn）行（háng）研究，發現利用PCVD技術（shù）在W18Cr4V冷擠壓模具上沉（chén）積一層TiC，比無沉積膜層的模（mó）具壽命提高10倍以上；將（jiāng）PCVD法用於塑料製品（pǐn）模具上可提高模具壽命1～4倍。北京航空航天大學（xué）的陶冶教授籌建（jiàn）了PCVD表麵強化技術研究實驗室，自行設計製造了試驗設（shè）備和輔助配套設施，並及時（shí）得到了自然科學基金的資助。項目組研製了基於PCVD複（fù）合滲鍍法的模具表麵強化（huà）技（jì）術，具（jù）有工藝溫度低、均（jun1）鍍性好和鍍（dù）層結合力高（gāo）等優點（diǎn），適用於所有高溫回火模具和部（bù）分（fèn）低溫回火模具的製備，是（shì）目（mù）前唯一一種既適用（yòng）於刀具強化又適用於形狀複

雜的模具表麵強化的氣相沉（chén）積表麵強化技術。由此可見，PCVD技術在模具零件強化領域中（zhōng）的（de）應用（yòng）已經有所成就，

並且應用（yòng）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、質量優、資源節約和環境友好等綜合優勢，既可（kě）用於大（dà）批量高效自動（dòng）化生產，又適用（yòng）於多品種、小批量加工，甚至個性化產品的訂製，是模具製造業中不可（kě）缺少的重要技術。其中，離子注入技術以其幾乎（hū）完美的強化（huà）效果在冷作模具、熱（rè）作模具和塑料模具等（děng）領域中得到廣泛應用，其平均壽命一（yī）般可（kě）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（yīng）用前景展望

根據研究，稀土元素可以強化表麵，提高滲速，淨化穩定晶界，同（tóng）時改善模具零件表麵組織、物理化學性能（néng）和機械加（jiā）工性能。把（bǎ）稀土元素應用在複合表麵強化技術過程中，可獲得更加明（míng）顯的效（xiào）果。如在Ni－Cu－P－MoS2鍍（dù）層中加入稀土，可使（shǐ）模具型腔麵的耐磨（mó）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（tú）和激光塗覆等方麵都具有明顯的改善作用，但效果尚不十分（fèn）穩定，可見稀土元素應用於模具製造將是今後研（yán）究的重要方向。

隨著納米技術的飛速發展，其（qí）在提高模具的生產率和壽命方麵效果顯著。但該技術還存在許多不完善的地方，尚有許多工作要（yào）做，如：複雜的模具型腔（qiāng）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（wèn）題。

3、結論

模（mó）具工作（zuò）零（líng）件表麵強化技術可以（yǐ）在一定程度上彌補目前模具材料（liào）的（de）一些不足（zú），並已顯現出極強的發展潛力，但（dàn）就目前的（de）模具零件表麵強化（huà）技術而言，仍存在（zài）一些不足，其應用也受到一定限製，隻要注重研究開發，一定會加快和（hé）完善表麵強化技術在模具製（zhì）造過程中的應用。

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文章關鍵詞：注塑（sù）模具工（gōng）作零件表麵強化技術應用研究