PVD涂层加工镀膜的属性

·PVD涂层加工颜色均匀一致

·具生物兼容

镀膜特性

·抗氧化，抗腐蚀。PVD膜层抵抗力高度耐磨损，耐刮擦，不易划伤。

可镀材料广泛，与基体结合力强。

高真空离子镀膜技术——对人体和生态环境真正无害。

     PVD涂层随着科技的进步，数控刀具的生产加工也提高了很多，加工方式多种多样，在刀具上添加涂层也越来越受欢迎，那么切削刀具涂层都有哪些特点呢？

　  物理气相沉积技术 (PVD) 常被用在切削刀具上，以延长刀具的使用寿命及提高其硬度。当然，不同的应用情况都有其特定的涂层，能够达到最好的应用效果。

　　刀具PVD涂层的特点

　　（1）力学和切削性能好。涂层刀具将基体材料和涂层材料的优良性能结合起来，既保持了基体良好的韧性和较高的强度，又具有涂层的高硬度、高耐磨性和低摩擦系数。因此，涂层刀具的切削速度与未涂层的相比，切削速度可提高2~5倍，使用涂层刀具可以获得明显的经济效益。

　　（2）通用性强。涂层刀具通用性广，加工范围显著扩大，一种涂层刀具可以代替数种非涂层刀具使用，因而可以大大减少刀具的品种和库存量，简化刀具管理，降低刀具和设备成本。

　　切削刀具表面涂层技术是近几十年应市场需求发展起来的材料表面改性技术。采用涂层技术可有效提高切削刀具使用寿命，使刀具获得优良的综合机械性能，从而大幅度提高机械加工效率。因此添加涂层的切削刀具会提升使用寿面。

一般情况下，AlTiN是常见的刀具涂层。对于一些特殊的加工材料，Al2O3涂层能够取得更好的效果。

　　在加工过程中，切削刀具将承受几方面的损伤，如切削热、高压、磨损和热振荡。刃口的温度将超过1000℃。这种极端的热量将破坏刀具材料各成分的结合力及其他成分，还有可能导致刀具和被加工材料间发生有害的化学反应。磨损是切削过程中始终发生的情况，刀具和被加工材料间的接触面将承受大于140bar（1bar=0.1MPa）的压力。热振荡：刀具的快速加热和冷却是加工过程中非常普遍的情况；在切削过程中，刀片被加热，当刀片离开切削面时，刀片被冷却。机械振荡在加工断续表面时经常发生。根据具体操作和被加工工件的情况，机械振荡有时扮演着车削加工的角色。粘连磨损经常发生在被加工材料粘连在刀具表面的情况下。

　　为了解决上述这些在切削过程中不利因素的影响，许多切削刀具都通过在PVD涂层加工PVD设备内的电弧沉积技术沉积了一层AlTiN涂层。AlTiN类的涂层主要应用在干式高速切削加工中，具有很多的优点，如高硬度（HV>30GPa），很好的耐磨损性能，很好的耐高温氧化性（850℃），以及低的热传导性。 

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涂层技术广泛应用于航天航空、汽车、机床、化工机械、船舶制造、动力设备、五金工具、医疗器械、标准件制造等领域。工具（刀具）涂层后，可提高使用寿命3-10倍，可提切削效率30%以上，模具涂层后，可大幅降低修模次数，提高模具的脱模性，保证加工精度，从而达到提高模具使用寿命的目的。采用特殊涂层的工模具具有防酸、防腐、耐高温的性能，以应对各种特殊使用环境。

PVD是英文Physical Vapor Deposition的缩写，中文意思是“物理气相沉积”，是指在真空条件下，用物理的方法使材料沉积在被镀工件上的薄膜制备技术。PVD镀膜技术的应用主要分为装饰镀和工具镀：

①装饰镀的目的主要是为了改善工件的外观装饰性能和色泽，同时使工件更耐磨耐腐蚀延长其使用寿命，这方面主要应用五金行业的各个领域，如门窗五金、锁具、卫浴五金等行业。

②工具镀的目的主要是为了提高工件的表面硬度和耐磨性，降低表面的摩擦系数，提高工件的使用寿命，这方面主要应用在各种切削刀具（如车刀、铣刀、钻头、锯片）等产品中。

2、PVD镀膜的具体原理

离子镀膜（PVD镀膜）技术，其原理是在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质电离，在电场的作用下，使被蒸发物质或其反应产物沉积在工件上。

3、PVD镀膜能够镀出如下的膜层种类

PVD镀膜技术是一种能够真正获得微米级镀层且无污染的环保型表面处理方法，它能够制备各种单一金属膜（如铝、钛、锆、铬等）、氮化物膜（TiN[钛金]、ZrN〔锆金〕、CrN、TiAlN）和碳化物膜（TiC、TiCN），以及氧化物膜（如TiO等）。

4、PVD镀膜膜层的厚度

    PVD镀膜膜层的厚度为微米级，厚度较薄，一般为0.1μm～5μm，其中装饰镀膜膜层的厚度一般为0.1μm~1μm，因此可以在几乎不影响工件原来尺寸的情况下提高工件表面的各种物理性能和化学性能，并能够维持工件尺寸基本不变，镀后不须再加工。

5、PVD镀钛能够镀出膜层的颜色有如下多种

目前能够做出的膜层的颜色有深金黄色，浅金黄色，咖啡色，古铜色，灰色，黑色，灰黑色，七彩色等。通过控制镀膜过程中的相关参数，可以控制镀出的颜色。

6、涂层的特性

①硬度 涂层带来的高表面硬度是提高刀具寿命的最佳方式之一。一般而言，材料或表面的硬度越高，刀具的寿命越长。氮碳化钛（TiCN）涂层比氮化钛（TiN）涂层具有更高的硬度。由于增加了含碳量，使TiCN涂层的硬度提高了33%，其硬度变化范围约为Hv3000～4000。

②耐磨性 耐磨性是指涂层抵抗磨损的能力。虽然某些工件材料本身硬度可能并不太高，但在生产过程中添加的元素和采用的工艺可能会引起刀具切削刃崩裂或磨钝。

③表面润滑性 高摩擦系数会增加切削热，导致涂层寿命缩短甚至失效，而降低摩擦系数可以大大延长刀具寿命。细腻光滑或纹理规则的涂层表面有助于降低切削热，因为光滑的表面可使切屑迅速滑离前刀面而减少热量的产生。与未涂层刀具相比，表面润滑性更好的涂层刀具还能以更高的切削速度进行加工，从而避免与工件材料发生高温熔焊。

④氧化温度 氧化温度是指涂层开始分解时的温度值。氧化温度值越高，对在高温条件下的切削加工越有利。虽然TiAlN涂层的常温硬度也许低于TiCN涂层，但事实证明它在高温加工中要比TiCN有效得多。TiAlN涂层在高温下仍能保持其硬度的原因在于可在刀具与切屑之间形成一层氧化铝，氧化铝层可将热量从刀具传入工件或切屑。

⑤抗粘结性 涂层的抗粘结性可防止或减轻刀具与被加工材料发生化学反应，避免工件材料沉积在刀具上。在加工非铁族金属（如铝、黄铜等）时，刀具上经常会产生积屑瘤，一旦被加工材料开始粘附在刀具上，粘附就会不断扩大，从而造成刀具崩刃或工件尺寸超差。具有良好抗粘结性的涂层甚至在冷却液性能不良或浓度不足的加工场合也能起到很好的作用。

7、常用的涂层

①氮化钛涂层（TiN） TiN是一种通用型PVD涂层，可以提高刀具硬度并具有较高的氧化温度。该涂层用于高速钢切削刀具或成形工具可获得很不错的加工效果。

②氮碳化钛涂层（TiCN） TiCN涂层中添加的碳元素可提高涂层硬度并获得更好的表面润滑性，是高速钢刀具的理想涂层。

③氮铝钛或氮钛铝涂层（TiAlN/AlTiN） TiAlN / AlTiN涂层中形成的氧化铝层可以有效提高刀具的高温加工寿命。根据涂层中所含铝和钛的比例不同，AlTiN涂层可提供比TiAlN涂层更高的表面硬度，因此它是高速加工领域又一个可行的涂层选择。

④氮化铬涂层（CrN） CrN涂层良好的抗粘结性使其在容易产生积屑瘤的加工中成为首选涂层。涂覆了这种几乎无形的涂层后，高速钢刀具或硬质合金刀具的加工性能将会大大改善。

⑤超级氮化钛涂层（Supernitride） 超级氮化钛涂层有很高的含铝量，可形成稳定的氧化层(氧化温度达1000℃)，它比一般的TiAlN涂层更硬、更致密、更耐高温，适用于高速切削、干式切削和硬切削的刀具，可加工硬度高达58HRC以上的淬火钢。

8、涂层的成功应用

实现PVD涂层加工的高性价比应用可能取决于许多因素，但对于每种特定的加工应用而言，通常只有一种或几种可行的涂层选择。涂层及其特性的选择是否正确可能就意味着加工性能明显提高与几乎没有改善之间的区别。切削深度、切削速度和冷却液都可能对刀具涂层的应用效果产生影响。由于在工件材料的加工中存在着许多变量，因此确定选用何种涂层的最好方法之一就是通过试切。涂层供应商们正在不断开发更多的新涂层，以进一步提高涂层的耐高温、耐摩擦和耐磨损性能。与涂层（刀具）制造商一起验证最新、最好的刀具涂层在加工中的应用总是一件好事。