PVD涂层的物理特性及与之相对应的优点

      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。

     如今模具PVD涂层加工在日用五金领域已相当普及，许多世界领先的五金制造商都已开始PVD产品的开发和大批量生产。PVD丰富的色彩使其非常容易搭配，优异的抗恶劣环境，以及易清洗、不褪色的性能使其深受消费者喜爱。特别是的明星产品——铜色系列涂层，被全世界广泛采用，并用来代替铜及镀铜制品。

   模具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。 

   模具PVD涂层它的作用是可以使某些有特殊性能（强度高、耐磨性、散热性、耐腐性等）的微粒喷涂在性能较低的母体上，使得母体具有更好的性能！

a.切削刀具类

　　细微纳米级颗粒的PVD涂层显微结构兼备高韧性、高硬度、高抗氧化性的特性，并可实现加工过程中无摩擦排屑的极光滑表面。在涂层沉积过程中，做到涂层与产品基体的超强附着，同时可以有效的控制涂层的沉积厚度（单边0.5微米─5微米），针对不同的产品类型涂层处理。PVD后的刀具也具备了CVD后的热稳定性，从而实现刀具（拉刀、铣刀、丝攻、钻头、刀粒、分中棒等）的强力高效加工，使其具备卓越的使用性能。　　

b.模具类、模具配件及机械零件类

　　针对不同的模具（塑胶模、五金冲压模、压铸模、、成型模、引伸模、拉伸模、翻边模等）和模具配件（冲棒、顶针）、机械耐磨、耐蚀零件等高要求五金制品所采用的PVD涂层工艺，可显著提高产品表面硬度、耐磨性、耐蚀性、耐热性以及润滑性；并能方便脱膜，大力提升模具、零件的品质（如表面粗糙度、耐磨性、精度等）和使用寿命，使其有效的发挥产品的潜能。

　　c.医疗器械、金属五金制品类

　　PVD涂层加工技术可以广泛应用于各类磨损、咬合、腐蚀、粘着、融合等而引起失效的工具、模具、机械零件、医疗器械等。其中，因磨损引起的失效的产品（如：冲裁、冷镦、粉末成型等）涂层后可提高寿命2-20倍以上；因咬合引起产品或模具的拉伤问题（如：引伸模、拉伸模、翻边模等），涂层后可以从根本上予以解决。PVD涂层处理适用的材料：承受加热温度大于230度而不受影响的金属材料。

PVD涂层加工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。

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涂层加工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。

     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涂层加工技术不仅提高了薄膜与刀具基体材料的结合强度，涂层成分也由第一代的TiN发展为TiC、TiCN、ZrN、CrN、MoS2、TiAlN、TiAlCN、TiN-AlN、CNx、DLC和ta－C等多元复合涂层。

   PVD涂层加工技术是最新、最先进的表面工程技术之一,它是把弧光放电作为金属蒸发源的表面涂层技术。由于离子镀技术具有镀膜速度高,膜层致密,膜的附着力好等特点,使多弧离子镀镀层在模具的超硬镀膜领域的应用越来越广泛,并将占据越来越重要的地位

     涂层发展的另外一个方向是坚韧性涂层的产业化。所谓坚韧性涂层是指一种涂层的综合能力，具体的说是指一种涂层在其应用领域所能表现出对被涂层工件寿命延长、功能增进。坚韧性涂层不仅仅追求高硬度，高耐温或低摩擦系数的某一个片面性能指标，而是根据涂层在某个具体应用领域的应用，公道调节平衡各个指标，使涂层的综合性能最优。

   PVD是英文Physical Vapor Deposition（物理气相沉积）的缩写，是指在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用真空镀膜设备气体放电使钛板蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。PVD镀 膜通常称谓：金属表面处理,镀膜,镀钛,真空镀钛，镀铬，镀钛加工，PVD，表面处理，钛板，表面处理加工,真空镀膜加工，表面 处理等.