PVD涂层加工确保模具产品表面品质

    生产周期长、加工精度高使得模具造价高昂，同时好的模具在加工产品过程中应该能够确保产品表面品质优异。公道应用表面处理技术以获得高精度模具表面，是进步产品精度及表面质量的必要条件。

    随着汽车行业竞争的日益激烈和经济状况的日益恶劣，汽车零件生产厂家对生产本钱的关注度与日俱增。零件生产本钱的很大一部分来自于工模具的本钱，而模具则是其中一个非常重要的部分。模具因生产周期长，加工精度高而造价高昂，所以生产厂家总是希看模具使用寿命能够足够长，同时好的模具在加工产品过程中应该能够确保产品表面品质优异。

    在众多的表面处理方法中，PVD涂层加工无疑是解决以上题目的首选方法。从本钱的角度考虑，花费在PVD涂层的投进只占模具本钱的几十分之一，却能够得到寿命和被加工零件表面品质的明显提升。

    与传统的表面热处理方式相比，一般PVD涂层后的表面硬度要高数倍至数十倍以上，这就使得经过PVD处理的模具寿命会在原来的基础上进步数倍至数十倍以上。从使用寿命的角度上看，工具的本钱得到很大程度的降低。由于模具寿命的进步，机器因更换模具而停机对产能的影响也大为降低。

    PVD物理气相沉积具有金属汽化的特点，与不同的气体反应形成一种薄膜涂层。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。PVD涂层加工温度属于超低温工艺，对工件尺寸影响非常小，不会影响工件的精度。

    PVD涂层适合对绝大多数 模具和部件进行沉积涂层，应用领域包括切削 、成型模具、耐磨部件、汽车零部件、医疗装置和装饰产品等。其材料可包括钢料，硬质合金和经电镀的塑料等。

   涂层类型有： OVINO®TiCN、OVINO®ALCrTiN、OVINO®TiALN、OVINO®CrN(MP)、OVINO®CrALN、OVINO®ZrN、A-C:H/DLC/TAC etc.

   涂层厚度一般为3~6um ，但在有些情况下，涂层可薄至0.5um ,厚至10um。

   涂层种类和厚度决定工艺时间，一般工艺时间为8~12小时。

PVD涂层加工优点：

1、适合多种材质，涂层多样化。

2、延长工件使用寿命，改善品质，提高生产效率。

3、较低的涂层温度，零件尺寸变形小。

4、非常环保，对工艺环境无污染。

pvd涂层加工技术 

   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。星弧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。

    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。

    PVD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。

零件表面品质远好于没有涂层的模具所生产的零件

     PVD涂层加工由于本身特点，其摩擦系数要远小于普通金属材料。例如，经过表面抛光的金属材料的表面摩擦系数一般在0.9左右，而PVD涂层材料对钢材的摩擦系数在0.1～0.6之间。较小的摩擦系数使经PVD处理的模具在加工过程中与被加工零件的表面摩擦降低，零件表面品质远好于没有涂层的模具所生产的零件。

     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涂层加工，涂层后粘胶及脱模困难的问题已完满解决。

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。

   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。