PVD涂层技术被广泛应用于模具表面处理

    针对目前我国的模具表面处理技术的应用现状用户抽样问卷调查发现，目前，模具制造企业主要应用的表面处理技术仍是以传统的表面淬火、渗碳/氮技术、电镀与化学镀技术为主，而这些技术都不同程度地存在表面硬度分布不均、热处理变形等难以解决等多方面的问题。对于今后的技改方向，大家的共同关注点在于新技术的应用，如表面涂层技术、TD覆层处理技术、激光表面强化技术和电子束强化技术等。CVD技术CVD（化学气相沉积）和PVD（物理气相沉积）技术均被广泛应用于模具表面处理，其中PVD涂层加工技术具有更卓越的抗高温氧化性能和强大的涂层结合力，在高速钢切边模、挤压模上应用效果良好。

   真空镀钛PVD镀钛设备制作的膜层厚度均匀性，是指在光学薄膜的尺度上真空镀钛的均匀性已经相当好，可以轻松将粗糙度控制在可见光波长的范围内，也就是说对于薄膜的光学特性来说，真空镀钛没有任何障碍，如果是指原子层尺度上的均匀度，是现在真空镀钛中主要的技术含量与技术瓶颈。

    PVD(物理气相沉积)技术在二十世纪七十年代末，东莞钛金开始应用在提高机械力学性能的硬质膜方面，制备的薄膜具有高硬度、低摩擦系数、很好的耐磨性和化学稳定性等优点。最初在高速钢刀具领域的成功应用引起了世界各国工具制造业的高度重视，人们在开发高性能、高可靠性涂层设备的同时，也在硬质合金、陶瓷类刀具中进行了更加深入的涂层应用研究。PVD工艺对环境无不利影响，符合现代绿色制造的发展方向。

   PVD镀钛工艺处理温度可控制在150～500℃以下，因此镀钛工艺可用于多种材质基体的涂层，不仅具有多姿多彩的装饰效果，更重要的是采用PVD技术可使涂层具有优异的理化特性，大幅度强化基体表面诸如硬度、摩擦系数等物理特性指标。

离子真空镀膜技术的特点和用途：

钛金真空离子镀钛应用的就是PVD技术。

  金属在特定环境下(压力，温度，电磁场等)与各种气体(氩气，氮气，氧气及乙炔气等)产生综合作用形成等离子体，经过加速后，等离子体涌向被镀工件表面，形成牢固的膜层。该镀钛膜层细密均匀，结合力强，硬度高，防腐耐磨，具有良好的导电性和自润滑性能，同时色泽丰富多样，因此真空镀钛不仅是提高材料使用性能的有力手段，在装饰上同样是提升档次，提高附加值的最佳选择。

 　PVD涂层加工工艺处理温度可控制在150～500℃以下，因此镀钛工艺可用于多种材质基体的涂层，不仅具有多姿多彩的装饰效果，更重要的是采用PVD技术可使涂层具有优异的理化特性，大幅度强化基体表面诸如硬度、摩擦系数等物理特性指标。

离子真空镀膜技术的特点和用途 

　　真空离子镀钛应用的就是PVD技术。 

　　金属在特定环境下(压力，温度，电磁场等)与各种气体(氩气，氮气，氧气及乙炔气等)产生综合作用形成等离子体，经过加速后，等离子体涌向被镀工件表面，形成牢固的膜层。该镀钛膜层细密均匀，结合力强，硬度高，防腐耐磨，具有良好的导电性和自润滑性能，同时色泽丰富多样，因此真空镀钛不仅是提高材料使用性能的有力手段，在装饰上同样是提升档次，提高附加值的最佳选择。

   合理地应用模具表面处理技术，可以以较低的工艺成本使模具寿命提高5～10倍甚至几十倍，经济效益十分显著。目前，各种模具表面处理新技术正得到业界越来越多的关注和推广应用。对模具表面进行处理的主要目的在于提高表面硬度、耐磨性和耐蚀性等，从而提高模具产品质量，延长模具使用寿命。合理地应用模具表面处理技术以获得高精度的模具表面，是生产精度高且表面质量好的产品的必要条件。表面强化工艺成本较低，而模具寿命却可提高5-10倍 合理地应用模具表面处理技术，可以以较低的工艺成本使模具寿命提高5～10倍甚至几十倍，经济效益十分显著。

   PVD涂层即物理气相沉积，是当前国际上广泛应用的先进的表面处理技术。其工作原理就是在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质部分离化，在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时把蒸发物或其反应物沉积在基底上。它具有沉积速度快和表面清洁的特点，特别具有膜层附着力强、绕射性好、可镀材料广泛等优点。

   PVD表面涂层处理技术，目前已在省内外企业获得应用和认同，涉及的模具包括冷冲模、塑料模、热锻模、挤压模等，涉及的零件有各种易磨损的部件，例如录音机磁头外壳拉伸模，对其材料为YG20硬质合金的模具工作零件进行PVD涂覆TiN处理，寿命从原来的13万次提高到45万次以上，物理气相沉积技术是通过加热或离子轰击（喷射）使坚固的高纯度涂层材料（金属，如钛、铬和铝）蒸发。

   同时，加入反应气体（例如氮或含碳气体），这些气体与金属蒸气反应生成化合物，然后沉积在工具或模具上形成薄而高度粘附的涂层。

   PVD复合涂层性能优良，具有不可轻视的应用潜力。国内PVD技术在模具产业的应用与推广才处于起步阶段，主要以单层TiN系涂层为主。手机行业已将模具的涂层写入标准条件中，目前国内只有少数大型企业获得初步应用，模具包括冷冲模、塑料模、热锻模、挤压模等多类模具，使用寿命平均提高3-5倍以上。

PVD涂层加工的物理特性及与之相对应的优点包括：

● 硬度极高(超过Hv2000-Hv4500)：代表耐磨性极好;

● 摩擦系数低(DLC =0.1)：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;

● 厚度可控制在1µm以内 ：涂层后不影响产品的最终尺寸。

PVD涂层在模具中的应用

塑料模具

塑料模具由于要求较高，故其耐用性更加受到关注。例如所生产的塑料中带有纤维，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，硬度一般可达到洛氏硬度40。散热快(比钢材快3倍)代表注塑生产周期可以缩短，产量更高。铍铜价格昂贵，比一般塑料钢材贵，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，涂层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TiN-BeCu，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发展，故该类产品对精密度及材料的选择等方面的要求都很高。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较高。

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。在这种情况下，CrNC是最好的选择。CrNC抗化学腐蚀能力强，而且它的硬度也不低于HV2000，足以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。涂层公司对塑料模具的应用了如指掌，应用CrNC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

3.1) 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，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Mirror-Gold PVD涂层处理来增强模具表面的硬度，并提高润滑脱模能力。由于PVD涂层的高硬度及良好的润滑性能，因此能缩短生产周期，提高产量。

3.2)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。

五金模具

模具工业大致可以分为：五金模具、塑胶模具、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，绝大多数需要表面使用PVD涂层。