PVD镀钛技术使工具具有优异的性能

拉伸模具镀钛是一种通用涂层加工工艺，很多人对于拉伸模具镀钛的主要特点不是很了解，那么，拉伸模具镀钛的主要特点是什么呢。

1、拉伸模具镀钛指的是在温度较高的钛金炉内，将钛、锆等金属除去空气，同时凭借惰性气体的辉光放电，让所要涂层加工的金属或合金蒸气离子化，此时的离子经电场加速，会不断的堆积在负电荷的不锈钢板上，于是便有了颜色十分丰富的金属膜。

2、色泽不会变化的PVD涂层加工镀膜也是拉伸模具镀钛的主要特点。和传统的电镀不同的是，镀膜硬度较高，同时可以避免磨檫现象的发生，无剥落情况，高度防腐，所以PVD镀钛镀膜不锈钢总是可以很广泛的被运用于众多的装饰行业。

氮化钛是冲压模具镀钛涂层工艺的一种，通常情况下，这种氮化钛的颜色为金色，氮化钛不仅性能优异，且它的硬度还高达2300HV，在化工、材料等行业中运用十分广泛，那么，氮化钛涂层有哪些特点呢。

氮化钛一般都是金色，其工作的温度可接受的最高限定为580摄氏度，可以适合于低温涂层，0.23VSNi的摩擦系数可以有效的减少摩擦力，适合于低温零件中运用，这种冲压模具镀钛涂层工艺生产出来的精密零件，通常具有很好的耐磨性，较其他未氮化钛涂层的金属而言，更能够经受腐蚀等不良环境的考验，使用寿命较长，且氮化钛用作冲压模具镀钛涂层可有用的加强金属的表面硬度，使金属的耐磨性加强，氮化钛优越的导电性能能够使产品实用于医学、玻璃以及手饰等行业。 

PVD涂层加工技术的重大突破造就了一种物理气相沉积（PVD涂层）氧化铝涂层，它用于难加工材料，具有传统化学气相沉积（CVD）涂层的耐热性。 

化学气相沉积工艺和物理气相沉积（PVD）工艺是用于可转位刀片的两种主要涂覆工艺。化学气相沉积工艺涉及高温，产生相对较厚的涂层，具有高耐磨性和涂层附着力。用这种工艺涂覆的刀片能很好地处理发热的题目，它们承受较长的刀片啮合时间，产生较大切屑厚度。 

物理气相沉积工艺涉及较低的温度，产生具有高韧性的较薄涂层，更适合较锋利的刀刃。PVD涂层刀片能很好地克服不稳定性题目，令人困扰的从加工区域排屑的题目，以及多个刀具从工件退刀的题目（就像在铣削加工中碰到的那样）。

氧化铝是一种受到越来越多的应用所青睐的涂层，由于它为刀片基片提供很好的外部热防护和化学保护。 

能够采用物理气相沉积工艺来涂覆氧化铝对于不锈钢和高温合金的切削（要求正刀片几何参数和锋利刀刃）显得尤为重要。较厚的化学气相沉积涂层轻易使刀刃变钝，而且该工艺的高温会使硬质合金的硬度降低。但是，物理气相沉积薄涂层保持了锋利的刀刃，而且较低的涂覆工艺温度不会使硬质合金的硬度降低。 

物理气相沉积氧化铝涂层既具有传统多层物理气相沉积氮化钛 (TiN)基、氮化钛铝(TiAlN)基或者碳氮化钛(TiCN)基涂层的韧性，又具有化学气相沉积涂层的优良耐热性。 

早已应用物理气相沉积氧化铝涂层来生产可转位刀片以用于铣刀。现在，适于车削应用的WSM30可转位刀片上也有这种高性能的涂层。 

“从来没有哪一种用于车削的切削刀具具有像这样的韧性/硬度比，刀具使用寿命和工艺可靠性性能也无法与之相比，”

为了确保新刀片满足各种应用需要，产品系列包括所有具有正、负几何参数的标准刀片外形。

“由于新PVD-Tiger刀片是为难切削材料而设计制造的，它的主要应用领域包括高合金和不锈钢，以及诸如钛合金等具有难以切削性能的材料，甚至还包括像因科镍合金这样的高温合金，” Nehls说。其他应用还包括在低、高合金钢上进行的极不连续的切削。Walter公司已经制造出了略微有别于WSM30的其他切削刀具，称为WSM33/WSP43，它们开槽项目中经过最优化设计以适于开槽加工。

　  目前，PVD涂层加工国内外如乌克兰巴顿焊接研究所、北京航空航天大学、中国科学院金属研究所、东北大学等科研机构对电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)研究较多的是其表面防护技术--制备涂层(热障涂层、耐磨涂层、防腐涂层)，微层材料等。热障涂层的制备可以通过多种途径实现，但从热障涂层技术的发展及应用来看，以等离子喷涂和电子束物理气相沉积(EB-PVD)2种方法为主。由于沉积原理的差异，使得EB-PVD涂层与等离子涂层有着截然不同的微观组织。EB-PVD制备的热障涂层采用化学性结合，而等离子喷涂层制备的热障涂层采用机械锚固的粘结。

　　EB-PVD先在基体上形成1层细小的等轴晶，然后在其上面形成织构和柱状晶。其显微组织由许多彼此分离的柱状晶体组成，且每个柱状晶体又与底层牢固结合(EB-PVD热障涂层典型结构如图3所示)。柱状晶结构能显著提高涂层的应变容限，使涂层的抗热冲击性能明显提高，研究表明等离子喷涂热障涂层的疲劳寿命一般仅为EB-PVD涂层的1/3。另外柱状晶结构也增强了涂层与基底的结合强度。

　　由于EB-PVD涂层制备热障涂层的整个过程都是在真空环境下进行的，可以防止涂层被污染和氧化。与等离子喷涂相比，EB-PVD制备的热障涂层还有与切口表面的粘结力好、抗蚀性好、冷却通道不易堵塞等优点。利用EB-PVD制PYSZ(ZrO2·Y2O3)+MCrAlY热障涂层，是提高发动机推比的一项关键技术。

　　由于EB-PVD几乎可以蒸发所有物质，还可以精确控制薄膜厚度和均匀性，则可利用该工艺制备不同层间距及层厚比的多层材料如微层材料(纳米和微米多层材料)。

EB-PVD制备热障涂层存在的不足与改进

　　在制备热障涂层中，EB-PVD与等离子喷涂相比，存在诸多优点。然而，其表面清洗复杂、设备复杂昂贵、沉积速率相对较低、工艺流程繁琐等缺点也阻碍着EB-PVD技术的进一步发展。而且EB-PVD技术当涂层材料成分复杂时，材料的成分控制也会变得困难;因为EB-PVD技术对基片温度非常敏感，采用EB-PVD技术制备热障涂层时基片的尺寸不宜太大;对于形状复杂的基片，存在所谓的阴影效应。

 　更重要的是，由于EB-PVD涂层结构致密，使得其热导率明显高于等离子涂层(表1)。这对热障涂层而言，较高的热导率是十分不利的，对热障涂层的隔热能力带来很大的负面影响，较高的热导率势必会影响EB-PVD热障涂层的进一步应用。为了改善EB-PVD在制备热障涂层时的不足，应从优化影响EB-PVD热障涂层性能的各种工艺参数和优化EB-PVD系统这两方面着手。更重要的是应设法降低涂层的热导率。该问题可从以下几个方面考虑。

　　(1)采用具有更低热导率的新型陶瓷材料代替现役YSZ，寻求新型具有更低热导率的陶瓷材料以代替YSZ是目前热障涂层领域研究的热点之一。目前研究表明，Ln2Zr2O7(Ln代表稀土元素)是最有潜力的新型热障涂层用陶瓷材料，但有关该体系材料对应热障涂层的制备与性能的报道甚少。张红松等人采用大气等离子喷涂法制备了Sm2Zr2O7热障涂层，研究发现，该涂层的热导率仅是常规YSZ涂层的37.6%，说明新型热障涂层的隔热性能更加优良。若用来制备新型陶瓷材料的EB-PVD涂层，涂层的隔热性能也肯定会有效改观。

　　(2)制备YSZ-Ln2Zr2O7双陶瓷层热障涂层，该体系涂层利用YSZ和Ln2Zr2O7等材料的低热导率，对热传导进行层层阻碍，从而达到保护金属基体的作用，但目前尚未见有关EB-PVD制备该体系热障涂层的报道。深圳PVD涂层

　　(3)改变涂层的颜色，通过在涂层陶瓷中引入其它元素，改变涂层的颜色，可降低可见光范围内的辐射传热，从而降低涂层热导率。

　　(4)在EB-PVD涂层中引入纳米结构，纳米晶能有效增加声子的散射，降低声子的平均自由程，从而降低热导率。

　　(5)利用离子辅助沉积。离子辅助沉积包括离子束辅助沉积和等离子辅助沉积。离子束辅助(ion beam assisted deposition，IBAD)是在物理气相沉积薄膜的同时，利用高能离子轰击薄膜的沉积表面，对薄膜的沉积环境产生影响，从而改变沉积薄膜的微观结构及性能的过程。将离子束辅助和等离子辅助与电子束物理气相沉积技术相结合，可以提高蒸发粒子入射能量和扩散能力，改善由于电子束物理气相沉积工艺本身存在阴影效应和扩散能力低而引起的沉积材料的不致密等不足。

PVD涂层加工是英文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　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真空涂层主要应用:

a.切削刀具类

　　细微纳米级颗粒的PVD涂层加工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。