模具PVD涂层技术的发展受到业界的高度重视

     硬质合金刀具物理气相沉积涂层技术(PVD)是二十世纪八十年代发展起来的刀具涂层技术。由于模具PVD涂层的硬质合金刀具比化学气相沉积(CVD)涂层硬质合金刀具有更好的抗耐磨性和更高的刀具耐用度，且不易破损，因而PVD涂层硬质合金刀具技术的发展受到业界的高度重视。国外PVD高速钢刀具涂层技术经过十年的发展，已趋完善，并在八十年代中期开始了硬质合金复合涂层技术的研究工作，先后开发了TiN、TiCN和TiAlN等涂层工艺技术，并研制了自动化水平较高的专用涂层设备，从而保证了产品质量的稳定性和可靠性，使PVD涂层硬质合金刀具大量投进了使用，占领市场。近年来，国内汽车、石油、冶金产业的发展以及数控机床性能的不断进步，对硬质合金刀具尤其是涂层硬质合金刀具的需求日趋增加，因而有必要对涂层硬质合金刀具的切削性能加强研究。目前，国内对涂层硬质合金刀具的研究的主要集中在CVD涂层硬质合金刀具上，对PVD涂层刀具的研究还少有报道。

     PVD (Physical Vapor Deposition)即物理气相沉积，模具PVD涂层即是采用物理气相沉积方法制造的表面涂层。PVD涂层的物理特性及与之相对应的优点包括： 

● 硬度极高（超过HRc85）：代表耐磨性极好； 

● 摩擦系数低（DLC =0.15）：脱模容易，改善拉伸五金冲压、成型的润滑问题； 

● 耐高温（最高达到1200℃）：不容易氧化，改善干切削和压铸成型问题； 

● 化学屏障/导热率低：可有效防止因高温导致硬质合金刀具的钴元素流失；改善压铸出现的热龟裂问题； 

● 厚度只有1～4祄 ：涂层后不影响产品最终尺寸。

◆ 五金模具 

模具工业大致可以分为：五金模具、塑料模具、压铸模具三大类。对五金模具而言，因五金行业一般需要在金属薄片上冲孔、褶弯成型等，常用的冲压配件，如冲棒经常与被加工材料摩擦，为了延长其使用寿命，绝大多数需要表面添加涂层。 

1、 五金冲压模具 

五金冲压通过剪切的原理，把五金薄片冲成不同形状。根据其加工过程，磨损、塑性变型、崩角都是其破坏的机理，所以最理想的冲压模具必须同时拥有高硬度和高韧性。硬度高确保抗磨损性能好，韧性好代表抗崩角性能好。 

基于模具钢材的物理性能限制，例如常用的D2材料，其硬度不能超过HRc62，因此采用PVD涂层是提高表面抗磨损的最好办法，例如氮化钛PVD涂层表面硬度可达到HRc85，对解决磨损有直接的帮助。不过，塑性变型还需要基体的硬度来承担。冲棒是冲压常用的模具，一般采用MET-TiN涂层。 

2、五金成型模具 

良好的五金拉伸模具要求硬度高，兼有润滑性能良好的表面。一般的冷作钢可以达到HRc62，但钢材表面润滑度低，模具PVD涂层可以满足这两方面的要求。MET-TiCN是很好的拉伸涂层，其硬度可达到HV3700，但摩擦系数可低于0.2。

◆ 塑料模具 

塑料模具由于价格比较贵，故其耐用性更加受到关注。例如所生产的塑料中带有纤维，其硬度容易磨损模具表面，或脱模时需要提高润滑的性能。PVD涂层由于其独有的润滑性及超高的硬度，可以大大改善生产过程中所遇到的上述问题。 

1、 铍铜模具或镶件 

铍铜的特点是散热快，硬度最高可达洛氏硬度40，一般的铜合金无法比拟。散热快（比钢材快3倍）代表生产周期可以缩短，产量更高。铍铜价格昂贵，比一般塑料钢材贵5倍以上，所以任何的磨损、报废或修磨的成本都很高。基于硬度无法超过洛氏硬度40，所以，表面磨损是其碰到的比较严重的问题。 

考虑到硬度及铍铜的特性，金科公司特别为铍铜模具或镶件设计了一套完善的PVD涂层方案，提高了铍铜表面耐磨性，同时又不会降低其导热性高的特性。 

2、 精密模具或镶件 

现今潮流消费性产品如数码相机、笔记本电脑、手机或PDA产品功能特别多，但外型则向娇小玲珑方向迈进，故该类产品对精密度及材料的选择等方面的要求都大为提高。在选材方面，基于外壳的高保护性能及内部的高强度，一般采用PC+ABS+玻纤材料。而该材料对模具的磨损性或腐蚀性高，所以模具的磨损比较快，而维修精密模具的价格也挺高。 

此外，塑料模具一般采用低温回火，因此，所有高温处理的PVD涂层都不适合。这种情况下，MET-CrN是最好的选择。MET-CrN抗化学腐蚀能力强，而且它的硬度也不低于HV2000，足够应付塑料生产所要求的硬度，是塑料模具最佳的选择。

而精密模具镶件的特点是误差小、深槽多，要做到不变形及涂层的均衡并不容易。金科对塑料模具的应用了如指掌，确保MET-CrN涂层为客户解决模具磨损的问题。 

3、 含尼龙或大批量生产模具 

1） 透明塑料瓶是典型大批量生产的制品，其模具在高速生产的情况下，对表面的要求特别高。例如：表面硬度高、抛光至镜面及脱模能力良好等。一般欧美生产商都乐意采用PVD涂层处理来增强模具表面的硬度，且提高润滑脱模能力。由于PVD涂层的高硬度及润滑性能良好，因此能缩短生产周期，提高产量。 

2）现今汽车制造商正想方设法在不影响安全、质量的情况下，不断降低汽车的总重量，从而达到省油的目的。工程塑料质轻且强度高，是汽车零部件的良好材料。但如果碰到生产诸如尼龙或加玻纤的工程塑料产品时，不管是什么类型的模具钢材，其表面磨损都特别厉害。为了延长使用寿命，一般欧美汽车生产商均愿意采用PVD涂层。无锡一家大型汽车配件模具及制品生产商知道PVD涂层的好处后，其所有生产尼龙汽车配件的模具均采用了PVD涂层，从而提高了模具的使用寿命。 

◆ 压铸模具 

压铸模具的生产条件最严苛，在高温的金属溶液，通过高压力注射，并且模具表面不停的热涨冷缩，导致压铸模具的使用寿命很短，在生产时不停的需要修模、维护。PVD涂层可以解决部分压铸模具碰到的问题，但延长其寿命的效果比刀具要相对差些。