PVD，大家都知道它是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。那么PVD涂层加工技术包括哪些？你知道吗？

  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。

  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。

  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。

在各行各业中，PVD涂层加工因为其优越的物理特性和优点被广泛运用，那么具体来说使用PVD涂层有哪些优点？

  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。

PVD涂层加工有效发挥产品的潜在质量

    对涂覆过程和模具的不同部位（粉末冶金模，冲压模，铸造，拉丝模具，锻造模具和注塑成型等），使用时，可显著提高硬度，耐磨损性，表面的耐腐蚀性，耐热性和润滑性;并便于脱模，大力提高模具和零部件（如表面粗糙度，精度等）和生活，有效发挥产品的潜在质量。在使用模具，常早期故障，则故障因素通常磨损，腐蚀，融合的过程。他们的问题不会耽误了生产周期，而且大大提高了生产成本，影响企业的竞争力。

     为此，业界推出了不同的解决方案，和PVD涂层的表面处理技术是非常重视的程序，它可以有效地解决这些问题之一。 PVD涂层技术可以广泛应用于各类磨损，造成工人的失败闭塞模具或机械零件。其中，由于磨损和撕裂引起的故障（如冲压，冷镦，粉末成型，模具等），可以提高寿命几倍到几十倍;应变是由于有问题的产品或模具造成的阻塞（如延长模具，翻边模等），可以从根本上解决。申请材料：模具钢，结构钢的碳含量大于0.3％，铸铁，硬质合金等承受大于230度和未受影响的金属材料的加热温度以上。

    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PVD涂层加工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。

    PVD涂层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。

  PVD涂层刀具通用性广，加工范围明显扩大，使用PVD涂层加工刀具可以获得明显的经济效益。

 一种PVD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。

PVD真空涂层

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。

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涂层加工应用实例：

　　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