PVD涂层具有膜层附着力强绕射性好及可镀材料广泛的优点

PVD涂层加工即物理气相沉积，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。

模具PVD涂层表面涂层处理技术，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涂层加工只是表面一层很薄的(1～10µm)金属陶瓷涂层，它主要是提高表面硬度，增强表面耐磨性，主要是针对平行的摩擦，所以基体的硬度是非常重要的。冲压模具对温度要求是55℃以上，塑胶模具对温度的要求为30℃以上。如果冲压模具的硬度达不到HRc60以上，基体就好像“豆腐”一样，马上会产生塑性变型。因此，不会因为使用了涂层便降低了基体的硬度。

PVD涂层是在高真空、低温(约200℃或400℃)的状态下进行处理的，如在这温度下材料便熔化或变软的话(例如：锌)，便不能做PVD涂层。一般的模具钢和硬质合金并不存在这样的问题。

针对目前我国的模具表面处理技术的应用现状我刊经过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。

2. 为了保持成品质量,该模具要每2个小时清理模具一次。

3. 产品质量难以保持，生产十分不便。

经使用模具PVD涂层，涂层后粘胶及脱模困难的问题已完满解决。

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。

模具PVD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。

模具PVD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。

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。

    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。

国内模具的逐步高品质化PVD表面涂层需求不断增加

    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。

   模具PVD涂层加工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。

   模具PVD涂层是英文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。

   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

   PVD表面涂层在华南地区的模具生产商中已广泛应用，他们认同模具PVD涂层可以延长模具寿命，从而降低生产成本的事实。另一方面，有数据显示：华东、中南地区所生产的压铸组件超过70%，年产值约合480亿元人民币。随着国内模具的逐步高品质化，模具对PVD表面涂层处理的需求将不断增加，潜力巨大。

   模具PVD涂层加工结合了基体高强度、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。

模具使用涂层具有显着的优点：

第一，模具PVD涂层是延长模具寿命的有效方法，降低整体生产成本，并可增加产能及提高产品性能的稳定性。由于工件表面增加了薄膜的保护，一般可加强使用寿命达3至4倍；长远而言，可减少制造模具的套数。至于实际可延长寿命多少，主要视乎产品本身，如冲压模具使用了特制的STARVIC (TiCN-MP + MOVIC) 涂层，使其使用寿命增加了七倍之多。

第二，加强模具及产品使用的可靠性。具备规模的企业注重生产质量，要求产品（例如：电器及手提电话等）的可靠性高，故采用严谨的质量保护措施；加上现时制造业的生产周期日益缩短，一旦生产过程中出现问题（例如：模具损毁），未必有足够的时间进行补救，而涂层足可为模具提供质量的保证。

第三，突出产品的效果。模具PVD涂层除了提供功能的防御，同时可保护模具表面，提升产品外观。

    近年来，模具PVD涂层镀膜技术在模具的工作表面强化处理中的应用越来越多，其突出的优点是可有效提高模具使用寿命，同时镀膜温度低，在250℃～500℃左右，可减少工件型面的变形。

    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涂层技术在高速钢刀具领域的成功应用，引起了极大的关注在世界各地，人们都在竞相开发的同时，高性能，高可靠性的纳米涂层设备，还以扩大其应用领域更深入的研究，尤其是在硬质合金，陶瓷刀具在该领域的应用。与CVD涂层工艺相比，模具PVD涂层工艺纳米处理温度低，在600℃以下对刀具材料的抗弯强度没有任何影响;在膜内部的压应力是更适合的硬质合金刀具涂布有复杂的PVD涂层工艺的类型没有不利的环境与绿色产业发展的电流方向的影响，管线;此外，涂层随着高速加工时代的到来，高速钢刀具的应用比例下降，硬质合金，陶瓷刀具增加了应用程序的比例成为必然，而从90年代初期，因此工业国家开始工作在纳米涂层技术的PVD硬质合金刀具，九十年代中期，硬质合金刀具PVD纳米涂层技术取得了突破性的进展，常用的硬质合金立铣刀，钻头，阶梯钻，钻孔，铰刀，丝锥，可转位铣刀片，形工具，焊接工具等的涂覆方法。

   实现PVD涂层的高性价比应用取决于许多因数，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决定着加工性能明显提高与几乎没有改善之间的区别。因此根据加工的速度，冷却方式，被加工材料，加工方式等详细的参数来选择合适的涂层是必须的。

   PVD涂层作为一种新型涂层材料，具有硬度高、氧化温度高、热硬性好、附着力强、摩擦系数小、导热率低等优良特性，有望部分或完全替代TiN ，尤其适用于高速切削。文中对国内外TiAlN涂层刀具的发展与应用状况进行了综合评述，并着重分析了TiAlN涂层工艺及其切削性能。 

   对刀具进行涂层处理是提高刀具性能的重要途径之一，随着涂层刀具的出现，使刀具切削性能有了重大突破。涂层刀具可以提高加工效率和加工精度，延长刀具使用寿命，降低加工成本。 

标准的PVD涂层加工特性

1.延展性 

锻造变形阻力与低级，塑料，锻造温度范围宽，锻裂冷裂和低的倾向网状碳化物析出。 

2.所述的退火处理 

球化退火的温度范围，低退火硬度和波动范围小，球高。 

3.切削加工 

切割的大，低损耗工具，表面粗糙度低的量。 

4.抗氧化，脱碳敏感性 

抗氧化剂怀孕时高温加热能好，脱碳变慢的加热介质是不小的点蚀倾向敏感。 

5.淬透性 

后具有均匀和高的表面硬度的淬火。 

6.淬透性 

淬火可以得到更深的硬化层，用放松淬火介质后，可以固化。 

7.淬火变形开裂倾向 

常规淬火体积变化的大小，形状翘曲，变形小的，异常变形降低的倾向。常规淬火开裂敏感性低，且对工件上的淬火温度不敏感的形状。 

8.可以磨 

轮相对小的损耗，无磨削烧伤限制大量的车轮质量和冷却条件不敏感，不易发生损伤研磨机的研磨裂纹。 

（℃）满足模具的经济性要求，材料的选择是需要考虑这一原则的特定经济学，尽可能地降低制造成本。因此，要满足的前提下，以较低的价格首选的性能，请不要使用碳素钢，合金钢，不使用国产材料进口材料。此外，当选择也应考虑市场的生产和供应，所选择的钢种应尽量少而集中，易购买。

经过PVD涂层改善后的效果

       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。