PVD涂層從2001年在香港成立以來(lái)推廣PVD技術(shù)，經(jīng)過(guò)十多年的努力和發(fā)展，PVD涂層技術(shù)已處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的地位?，F(xiàn)將PVD的發(fā)展及實(shí)際應(yīng)用的例子發(fā)布。PVD (Physical Vapor Deposition)即物理氣相沉積法，PVD涂層即是采用物理氣相沉積方法制造的表面涂層。PVD涂層的物理特性及與之相對(duì)應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)包括：

● 硬度極高(超過(guò)Hv2000-Hv4500)：代表耐磨性極好;

● 摩擦系數(shù)低(DLC =0.1)：改善拉伸五金沖壓、成型的潤(rùn)滑問(wèn)題;

● 耐高溫(最高達(dá)到1200℃)：不容易氧化，改善干切削和壓鑄成型問(wèn)題;

● 化學(xué)屏障/導(dǎo)熱率低：可有效防止因高溫導(dǎo)致硬質(zhì)合金刀具的鈷元素流失;改善壓鑄出現(xiàn)的熱龜裂問(wèn)題;

● 厚度可控制在1μm以?xún)?nèi) ：涂層后不影響產(chǎn)品的最終尺寸。

PVD涂層在模具中的應(yīng)用

塑料模具

塑料模具由于要求較高，故其耐用性更加受到關(guān)注。例如所生產(chǎn)的塑料中帶有纖維，容易磨損模具表面，或脫模時(shí)需要提高潤(rùn)滑的性能。PVD涂層由于其獨(dú)有的潤(rùn)滑性及超高的硬度，可以大大改善生產(chǎn)過(guò)程中所遇到的上述問(wèn)題。

1、 鈹銅模具或鑲件

鈹銅的特點(diǎn)是散熱快，硬度一般可達(dá)到洛氏硬度40。散熱快(比鋼材快3倍)代表注塑生產(chǎn)周期可以縮短，產(chǎn)量更高。鈹銅價(jià)格昂貴，比一般塑料鋼材貴，所以任何的磨損、報(bào)廢或修磨的成本都很高。基于硬度無(wú)法超過(guò)洛氏硬度40，所以，表面磨損是其碰到的比較嚴(yán)重的問(wèn)題。

考慮到硬度及鈹銅的特性，涂層公司特別為鈹銅模具或鑲件設(shè)計(jì)了一套完善的PVD涂層方案TiN-BeCu，提高了鈹銅表面耐磨性，同時(shí)又不會(huì)降低其導(dǎo)熱性高的特性。

2、 精密模具或鑲件

現(xiàn)今潮流消費(fèi)性產(chǎn)品如數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦、手機(jī)或PDA產(chǎn)品功能特別多，但外型則向嬌小玲瓏方向發(fā)展，故該類(lèi)產(chǎn)品對(duì)精密度及材料的選擇等方面的要求都很高。在選材方面，基于外殼的高保護(hù)性能及內(nèi)部的高強(qiáng)度，一般采用PC+ABS+玻纖材料。而該材料對(duì)模具的磨損性或腐蝕性高，所以模具的磨損比較快，而維修精密模具的價(jià)格也較高。

此外，塑料模具一般采用低溫回火，因此，所有高溫處理的PVD涂層都不適合。在這種情況下，CrNC是最好的選擇。CrNC抗化學(xué)腐蝕能力強(qiáng)，而且它的硬度也不低于HV2000，足以應(yīng)付塑料生產(chǎn)所要求的硬度，是塑料模具最佳的選擇。

而精密模具鑲件的特點(diǎn)是誤差小、深槽多，要做到不變形及涂層的均衡并不容易。涂層公司對(duì)塑料模具的應(yīng)用了如指掌，應(yīng)用CrNC涂層為客戶(hù)解決模具磨損的問(wèn)題。

3、 含尼龍或大批量生產(chǎn)模具

3.1) 透明塑料瓶是典型大批量生產(chǎn)的制品，其模具在高速生產(chǎn)的情況下，對(duì)表面的要求特別高，如：表面硬度高、拋光至鏡面及脫模能力良好等。一般歐美生產(chǎn)商都樂(lè)意采用Mirror-Gold PVD涂層處理來(lái)增強(qiáng)模具表面的硬度，并提高潤(rùn)滑脫模能力。由于PVD涂層的高硬度及良好的潤(rùn)滑性能，因此能縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)量。

3.2)現(xiàn)今汽車(chē)制造商正想方設(shè)法在不影響安全、質(zhì)量的情況下，不斷降低汽車(chē)的總重量，從而達(dá)到省油的目的。工程塑料質(zhì)輕且強(qiáng)度高，是汽車(chē)零部件的良好材料。但如果碰到生產(chǎn)諸如尼龍或加玻纖的工程塑料產(chǎn)品時(shí)，不管是什么類(lèi)型的模具鋼材，其表面磨損都特別厲害。為了延長(zhǎng)使用壽命，一般歐美汽車(chē)生產(chǎn)商均愿意采用PVD涂層。無(wú)錫一家大型汽車(chē)配件模具及制品生產(chǎn)商知道PVD涂層的好處后，其所有生產(chǎn)尼龍汽車(chē)配件的模具均采用了PVD涂層，從而提高了模具的使用壽命。

五金模具

模具工業(yè)大致可以分為：五金模具、塑膠模具、壓鑄模具三大類(lèi)。對(duì)五金模具而言，因五金行業(yè)一般需要在金屬薄片上沖孔、褶彎成型等。常用的沖壓配件，如沖棒，經(jīng)常與被加工材料摩擦。為了延長(zhǎng)其使用壽命，絕大多數(shù)需要表面使用PVD涂層。

1、 五金沖壓模具

五金沖壓通過(guò)剪切的原理，把五金薄片沖成不同的形狀。根據(jù)其加工過(guò)程，磨損、塑性變型、崩角都是其破壞的機(jī)理，所以最理想的沖壓模具必須同時(shí)擁有高硬度和高韌性。硬度高可確?？鼓p性能好，韌性好代表抗崩角性能好。

基于模具鋼材的物理性能限制，例如常用的D2材料，其硬度超過(guò)HRc62，因此采用TiCN-MP PVD涂層是提高表面抗磨損的最好辦法，例如氮化鈦PVD涂層表面硬度可達(dá)到HRc85，對(duì)解決磨損問(wèn)題有直接的幫助作用。不過(guò)，塑性變型還需要基體的硬度來(lái)承擔(dān)。沖棒是沖壓常用的模具，一般采用TiN-Mirror和TiCN-MP涂層。

2、五金成型模具

良好的五金拉伸模具要求硬度高，兼有潤(rùn)滑性能良好的表面。一般的冷作鋼可以達(dá)到HRc62，但鋼材表面潤(rùn)滑度低，PVD涂層可以滿(mǎn)足這兩方面的要求。TiCN是很好的拉伸涂層，其硬度可達(dá)到Hv3700，但摩擦系數(shù)可低于0.2。

壓鑄模具

壓鑄模具的生產(chǎn)條件最嚴(yán)苛，在高溫的金屬溶液，通過(guò)高壓力注射，并且模具表面不停的熱脹冷縮，導(dǎo)致壓鑄模具的使用壽命很短，在生產(chǎn)時(shí)不停的需要修模、維護(hù)。PVD TiAlN-F3涂層可以解決部分壓鑄模具碰到的問(wèn)題，但延長(zhǎng)其壽命的效果比刀具要相對(duì)差些。涂層公司針對(duì)此問(wèn)題研發(fā)了PVD涂層前處理的新技術(shù)，在改善液體金屬粘模和熱龜裂方面取得了一定的成績(jī)。

對(duì)PVD涂層特性的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

◆ PVD涂層加工增加了模具制造成本，為何說(shuō)降低了生產(chǎn)成本呢?

涂層是增加制造模具的成本，約占模具總成本的10%左右。但如果以生產(chǎn)每一件制品的總成本計(jì)算的話(huà)，因?yàn)橥繉拥墓π?，延長(zhǎng)了模具幾倍的壽命，且脫模容易，停機(jī)維修模具時(shí)間減少等，把生產(chǎn)量提升一倍或縮短生產(chǎn)時(shí)間，那么每一件產(chǎn)品的生產(chǎn)成本肯定降低很多。

◆ PVD涂層硬度很高，那么基體鋼材就不需要提高硬度了?

PVD涂層只是表面一層很薄的(1～10μm)金屬陶瓷涂層，它主要是提高表面硬度，增強(qiáng)表面耐磨性，主要是針對(duì)平行的摩擦，所以基體的硬度是非常重要的。沖壓模具對(duì)溫度要求是55℃以上，塑膠模具對(duì)溫度的要求為30℃以上。如果沖壓模具的硬度達(dá)不到HRc60以上，基體就好像“豆腐”一樣，馬上會(huì)產(chǎn)生塑性變型。因此，不會(huì)因?yàn)槭褂昧送繉颖憬档土嘶w的硬度。

◆ 任何材料都可以做PVD涂層嗎?

PVD涂層是在高真空、低溫(約200℃或400℃)的狀態(tài)下進(jìn)行處理的，如在這溫度下材料便熔化或變軟的話(huà)(例如：鋅)，便不能做PVD涂層。一般的模具鋼和硬質(zhì)合金并不存在這樣的問(wèn)題。

◆ 涂層是否越厚越好?

涂層越厚其耐磨時(shí)間當(dāng)然越長(zhǎng)，但基于PVD涂層厚度與基體的結(jié)合力成反比的關(guān)系，所以?xún)烧吆饬恐?，PVD涂層不能太厚。經(jīng)驗(yàn)證，1～4μm是最適合的涂層厚度。

◆ PVD涂層和鍍鉻、鍍鎳的原理是否相同?

鍍鉻和鍍鎳是通過(guò)普通的電解原理制造的涂層，但PVD涂層是通過(guò)等離子體的沉積技術(shù)。PVD涂層可以在1～10μm的范圍，控制精度在0.5μm以?xún)?nèi)，而電鍍工藝絕對(duì)無(wú)法達(dá)到這樣的范圍。鍍鉻的硬度約為Hv1000，而PVD涂層硬度可達(dá)到Hv4000以上。

成功案例分享

1) 精英公司-塑膠模具

精英公司創(chuàng)建于1988年，是港資精密模具制造集團(tuán)公司，精密塑膠模具的龍頭企業(yè)之一。專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域?yàn)橹颇?、注塑、噴涂、電鍍、絲移印、組裝及包裝全面服務(wù)的綜合型企業(yè)集團(tuán)，產(chǎn)品五大產(chǎn)品事業(yè)群(優(yōu)質(zhì)生活、包裝、汽車(chē)、配電、醫(yī)療事業(yè)群)，致力于為世界500強(qiáng)企業(yè)提供一站式的、一流的產(chǎn)品及服務(wù)。

精英公司最近有一批汽車(chē)空調(diào)配件的模具，在注塑時(shí)出現(xiàn)以下問(wèn)題：

1. 表面的坑紋，由于坑紋十分細(xì)致，導(dǎo)致有粘膠及脫模困難。

2. 為了保持成品質(zhì)量,該模具要每2個(gè)小時(shí)清理模具一次。

3. 產(chǎn)品質(zhì)量難以保持，生產(chǎn)十分不便。

經(jīng)使用PVD涂層，涂層后粘膠及脫模困難的問(wèn)題已完滿(mǎn)解決。

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