PVD技术不仅提高了薄膜与刀具基体材料的结合强度

    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技术出现于二十世纪七十年代末，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。与CVD工艺相比，PVD工艺处理温度低，在600℃以下时对刀具材料的抗弯强度无影响；薄膜内部应力状态为压应力，更适于对硬质合金精密复杂刀具的涂层；PVD工艺对环境无不利影响，符合现代绿色制造的发展方向。目前PVD涂层技术已普遍应用于硬质合金立铣刀、钻头、阶梯钻、油孔钻、铰刀、丝锥、可转位铣刀片、异形刀具、焊接刀具等的涂层处理。

      根据不锈钢的切削特点，要求刀具材料应具有耐热性好、耐磨性高、与不锈钢的亲和作用小等特点，所以合理选择刀具材料是保证高效率切削加工不锈钢的重要条件。目前常用的刀具材料有高速钢和硬质合金。

　　1.高速钢的选择：高速钢主要用来制造铣刀、钻头、丝锥、拉刀等复杂多刃刀具。普通高速钢W18Cr4V使用时刀具耐用度很低已不符合需要，采用新型高速钢刀具切削不锈钢可获得较好的效果。

　　在相同的车削条件下，用W18Cr4V和95w18Cr4V两种材料的刀具加工1Cr17Ni2工件，刀具刃磨一次加工的件数分别为2～3件和12件，用95w18Cr4V的刀具耐用度提高了几倍。这是由于提高了钢的含碳量，从而增加了钢中碳化物含量，常温硬度提高2HRC红硬性更好，600℃时由W18Cr4V的HRC48.5上升到HRC51～52，耐磨性比W18Cr4V提高2～3倍。

　　应用高钒高速钢W12Cr4V4Mo制作型面铣刀加工1Cr17Ni2可以获得较高的刀具耐用度。因为含钒量增加，可在钢中形成硬度很高的VC，细小的VC存在于晶介，可以阻止晶粒长大，提高钢的耐磨性；W12Cr4V4Mo的红硬性很好，600℃时硬度可达HRC51.7，因此适合于制作切削不锈钢的各种复杂刀具。但其强度(sb=3140 MPa)及冲击韧性(ak=2.5 J/cm3)略低于W18Cr4V，使用时要稍加注意。

　　随着刀具制作技术的不断发展，对于批量大的工件，采用硬质合金多刃、复杂刀具进行切削加工效果会更好。

　　2.硬质合金的选择：YG类硬质合金的韧性较好，可采用较大的前角，刀刃也可以磨得锋利些，使切削轻快，且切屑与刀具不易产生粘结，较适于加工不锈钢。特别是在振动的粗车和断续切削时，YG类合金的这一优点更为重要。另外，YG类合金的导热性较好，其导热系数比高速钢高将近两倍，比YT类合金高一倍。因此YG类合金在不锈钢切削中应用较多，特别是在粗车刀、切断刀、扩孔钻及铰刀等制造中应用更为广泛。

　　较长时期以来，一般都采用YG6、YG8、YG8N、YW1、YW2等普通牌号的硬质合金作为切削不锈钢的刀具材料，但均不能获得较理想的效果；采用新牌号硬质合金如813、758、767、640、712、798、YM051、YM052、YM10、YS2T、YD15等，切削不锈钢可获得较好的效果。而用813牌号硬质合金刀具切削奥氏体不锈钢效果很好，因为813合金既具有较高的硬度(≥HRA91)、强度(sb=1570MPa)，又具有良好的高温韧性、抗氧化性、抗粘结性，其组织致密耐磨性好。

     PVD涂层加工可以改善塑料制品，降低模具的磨损、提高产品的脱模能力、使产品的表面更光洁。对五金模具而言，PVD涂层可以增强模具的耐磨性、耐热性、延长模具的使用寿命、降低工艺的成本。 

      PVD涂层针对机械加工刀具进行低温PVD-超硬耐磨涂层和润滑涂层，可提高刀具寿命3~10倍，节约刀具材料1/2，节约生产成本30%以上，提高生产效率30-50%，大幅度提高机加工水平。

      针对模具行业，如冲压模具，粉末治金模具，半导体模具等各类模具，提高模具寿命最少2倍以上，同时可解决模具拉毛等种种不利影响，节约成本35%以上。

      PVD涂层针对机械零部件行业此低温技术更具有其它PVD真空镀膜技术所无法比拟的优点，可广泛运用在汽车零部件，如发动机部件及其它部件，及其它需要耐磨损及防腐蚀的场合，此市场更是广阔。

      PVD涂层技术能够广泛应用于各类磨损、咬合、腐蚀、粘着、融合等而导致失效的东西、模具、机械零件、医疗器械等。其中，因磨损导致的失效的商品（如：冲裁、冷镦、粉末成型等）涂层后可增加使用寿命2-20倍以上；因咬合导致商品或模具的拉伤疑问（如：引伸模、拉伸模、翻边模等），涂层后能够从根本上予以处理。 

      PVD涂层纳米涂层材料有着许多优良的特点，首先是光学性能十分的优良，涂层的光学透射谱几乎包含从紫外线到红外线的所有光谱，这样优异的性能是普通的模具涂层材料无法达到的，并且根据需要还可以让模具在可见的光方位内出现荧光，这对于光学仪器来说是无疑是最为优秀的性能。  

     在需要良好光学透性的产品上，涂层依旧有很好的应用，可以减少光的折射和热的传导。所以在模具涂层的材料中计入纳米材料可以改善模具的表层处理。让模具可以更加适用于产品的生产，更加的高效，更加的精准。

PVD涂层应用实例：

　　模具名称涂层类型模具材料被加工材料使用效果

　　刀具类刀具PVD涂层　TiN（氮化钛）SKD11　0.5mm不锈钢，提高9倍以上

　　模具配件冲棒TiN（氮化钛）Cr12MOV　低碳钢板，提高5倍以上

　　粉末冶金模具　CrN（氮化铬）DC53　WC＋Co粉末，提高12倍以上

　　拉伸模具　TiCN（碳氮化钛）SKD11低碳钢板，解决模具、产品拉伤问题

　　压铸模具　AlCrN（氮化铬铝）H13铝合金6063，解决粘铝料现象，模具寿命延长 

     PVD涂层加工工艺对环境无不利影响，符合现代绿色制造的发展方向。当前PVD涂层技术已普遍应用于硬质合金立铣刀、钻头、阶梯钻、油孔钻、铰刀、丝锥、可转位铣刀片、车刀片、异形刀具、焊接刀具等的涂层处理。

    PVD涂层加工刀具结合了基体高强度、高韧性和涂层高硬度、高耐磨性的优点，进步了刀具的耐磨性而不降低其韧性。PVD涂层刀具通用性广，加工范围明显扩大，使用PVD涂层刀具可以获得明显的经济效益。

   一种PPVD涂层刀具可以代替数种非PVD涂层刀具使用，因而可以大大减少刀具的品种和库存量，简化刀具治理，降低刀具和设备本钱。但是刀具在现有的涂层工艺进行涂层后，因基体材料和涂层材料性质差别较大，涂层残留内应力大，涂层和基体之间的界面结合强度低，涂层易剥落，而且涂层过程中还造成基体强度下降、涂层刀片重磨性差、涂层设备复杂、昂贵、工艺要求高、涂层时间长、刀具本钱上升等缺点。

    精密冲压模具经纳米PVD模具涂层涂覆后表面可具有极低的摩擦系数，减少加工受力。模具经纳米PVD涂层涂覆后表面硬度能够添加4到10倍，可大幅减少表面磨耗保护模具精度，特別是用于高精密和精密的加工时可取得非常优秀的表面质量。冷冲成形及拉伸模具经纳米模具涂层涂覆后可显着降低摩擦力，显着减少加工中发作的刮痕及磨耗的表象发作的概率。因而可添加运用的期限，大幅的减少出产本钱。  

        PVD涂层长处：  

        1.摩擦系数降低，减小加工受力  

        2.加大表面硬度，大大添加运用期限  

        3.避免产品拉毛、拉伤，大幅进步产品质量  

        4.省去卸模、拋光再装模的烦恼，减少保护的本钱。  

        金属成型出产中常见的问题是模具磨损，粘着磨损以及各种形式的表面危害。模具涂层关于以上疑问，选用适宜涂层，能够有用处置上述疑问。模具涂层具有出色的润滑性，在金属成型工作取得出色的运用作用。

       切削刃具如铣刀、钻头、锯片、丝攻、绞刀等，经PVD涂层后，在切削过程中刀刃部分可以承受高达800℃高温仍然保持良好的硬度，同时刃具表面有了更多的磨损容量和更低的摩擦系数，因此可以降低切削受力，提高产品表面质量及精度。经过纳米被涂层覆后不但可以延长刀具的使用寿命，还可以提高切削参数，甚至实现乾式切削，除去切削液的使用，保护了环境同时又降低了制造成本。 

       经过刀具PVD涂层加工后的刀具通常具有以下优点： 大幅提高刀具寿命；更加耐高温；可乾式切削；提高切削参数；提高生产效率；被加工产品质量提升。 

       PVD指利用物理过程实现物质转移，将原子或分子由源转移到基材表面上的过程。它的作用是可以是某些有特殊性能（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！ PVD基本方法：真空蒸发、溅射 、离子镀（空心阴极离子镀、热阴极离子镀、电弧离子镀、活性反应离子镀、射频离子镀、直流放电离子镀）。

PVD涂层有四种技术：

      增强型磁控阴极弧：阴极弧技术是在真空条件下，通过低电压和高电流将靶材离化成离子状态，从而完成薄膜材料的沉积。增强型磁控阴极弧利用电磁场的共同作用，将靶材表面的电弧加以有效地控制，使材料的离化率更高，薄膜性能更加优异。

      过滤阴极弧：过滤阴极电弧(FCA )配有高效的电磁过滤系统，可将离子源产生的等离子体中的宏观粒子、离子团过滤干净，经过磁过滤后沉积粒子的离化率为100%，并且可以过滤掉大颗粒， 因此制备的薄膜非常致密和平整光滑，具有抗腐蚀性能好，与机体的结合力很强。

     磁控溅射：在真空环境下，通过电压和磁场的共同作用，以被离化的惰性气体离子对靶材进行轰击，致使靶材以离子、原子或分子的形式被弹出并沉积在基件上形成薄膜。根据使用的电离电源的不同，导体和非导体材料均可作为靶材被溅射。 

     离子束DLC：碳氢气体在离子源中被离化成等离子体，在电磁场的共同作用下，离子源释放出碳离子。离子束能量通过调整加在等离子体上的电压来控制。碳氢离子束被引到基片上，沉积速度与离子电流密度成正比。涂层的离子束源采用高电压，因而离子能量更大，使得薄膜与基片结合力很好；离子电流更大，使得DLC膜的沉积速度更快。离子束技术的主要优点在于可沉积超薄及多层结构，工艺控制精度可达几个埃，并可将工艺过程中的颗料污染所带来的缺陷降至最小。

    刀具PVD镀钛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。

    刀具PVD涂层加工技术较之CVD具有显著优点。成为新型刀具涂层的主流技术之一。低温沉积最有效的磁控溅射方法，沉积速率高，工作气压低，镀膜质量高，工艺稳定，便于大规模工业生产，在切削刀具涂层应用中发展迅速。

   切削加工技术发展对刀具涂层硬度，耐磨性，抗氧化性，与基体结合强度等综合机械性能的要求不断提高，超硬、多元和多层等新型涂层得到开发，尤其是基于低温PVD沉积技术的纳米复合涂层正在成为研究热点。而且PVD涂层加工技术显示出良好的发展前景。