PVD涂层在刀具和模具的应用

PVD涂层在刀具和模具的应用

黄永东

上海镭晨精密机械机械技术服务有限公司201400

摘要：近十几年，在模具表面上，由气相沉积技术制备硬质化合物涂层的方法，由于技术上的优越性及涂层的良好特性，正引起人们的高度重视。其是今后各种模具、切削工具和精密机械零件等进行表面强化的主要技术，有着广泛的应用前景。

关键词：PVD涂层；刀具模具；应用

一、PVD（物理气相沉积）法及其特点

PVD法（离子镀膜）技术是在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发，蒸发物质与气体都被电离，利用电场的加速作用，使蒸发物质及其反应产物沉积在工件上，形成一层所需要的固态薄膜或涂层的技术。涂层处理可增加工件硬度、抗磨力和降低摩擦系数，延长工件寿命（一般可延长3～5倍）。目前主要的涂层包括：TiN、TiCN、TiAlN、CrN、AlTiN及DLC等，每种涂层各有其不同特性和用途。

PVD法的特点之一是沉积温度低于600℃，其可在工具钢和模具钢的高温回火温度以下进行表面处理，故变形小，最适合尺寸形状精密的机械零件；可不改变传统的制造工艺，仅仅在最终加工后进行一次处理。

二、PVD涂层的加工流程

（1）收到模具后，检测运输途中工件是否有碰损及抛光效果是否达到要求，之前是否有做过类似的涂层处理；

（2）对模具进行清洗，去磁，去除工件所有油污、油漆及杂质，螺钉孔内的异物也要清洗干净；

（3）如果工件前有做过类似的涂层，要做脱涂处理；

（4）将工件装夹、定位好后放进炉中加工；

（5）设置好加工参数，选择涂层的类型、厚度后，机器根据设定的程序自行进行加工；（通过炉内抽真空，加温及等离子电弧技术，同时被加工的工件在炉中匀速旋转，将靶材在离子状态下均匀地沉积在工件的表面.）

（6）约8-10个小时左右出炉，卸下，自然冷却，并进行检测（检测涂层的厚度及附着力）；

（7）经检测合格后，将工件包装好，安排发货给客户。

三、模具发来做PVD涂层前应注意的事项

（1）工件在涂层之前必须需要清洗干净（用清洗液及表面喷沙）及去掉锈迹，不能有油污。工件表面需要做抛光处理，光洁度越高，涂层效果越佳；发货前，需要在工作面涂抹防锈油并且作保护处理，以免碰伤；

（2）涂层的工件不能有镶件，有孔的地方不能有断了的螺钉或者销在内，否则会影响效果；运水位的堵头也需要拆除并且清洗后再发来我司做涂层；

（3）如果模具钢材本身是比较差的、硬度不高的钢材（例如45#钢或Q235-A等），涂层加工后的硬度和效果，与原来未涂层之前比较不会有太多改善；如果选用的材料是比较高档的、硬度比较高，那么涂层后的效果就越好；

（4）涂层时，需要在炉内加温到350-400度左右，所以被加工的模具要做高温回火处理（一般回火温度在500度以上，S136和Cr12MoV的高温回火温度大概在550度左右）；如果模具做低温回火处理（220度或以下），则有可能使到工件（模具）在加温过程中产生变形，或者导致硬度下跌，涂层后的使用效果达不到理想状态；低温回火的模具，我们推荐做低温的CrN涂层加工；

（5）整体涂层，如果不需要涂层的表面则用钢片保护，但是照样会涂到钢片上，所以损耗的材料基本上是一样的；

（6）模具经过氩弧焊或者激光焊后，再做涂层可能存在风险，视乎焊接的效果，例如如果焊接牢固、无沙孔、无气眼，那么在模具涂层加热过程中，焊接部位就不会脱落；但是因为焊接后的部位其硬度和色差与母材有区别，所以有可能在模具生产过程中，存在一些不可预测的因素，例如焊接位容易掉涂层等。

（7）需要做PVD涂层的模具或零件，不能预先作氮化处理，因为氮化层的结合力低，容易造成掉涂；

（8）每一炉加工时间（包括预热、加工及冷却）为：6-10小时。

（9）最大可加工的工件尺寸：φ900*850。

四、五金模具，注塑模具，切削刀具和精密金属零件涂层

主要提高工件表面硬度，减低摩擦系数，增加润滑性，耐磨损，抗高温，防酸，防化学腐蚀。

增加工件的寿命（2-10倍或更高），使产品的质量更加稳定。提高生产效率，减低生产成本。

涂层工艺：TiCN、纳米结构nACo、、TiAlCN、AlTiN、DLC、TiN、CrN等。

五金模涂层硬度：1800~3600Hv（最低HRC80以上），厚度：1~4μm；摩擦系数：0.15~0.7，塑料模涂层硬度：HRC80-82以上；涂层厚度：1~4μm；摩擦系数：0.55，刀具涂层硬度：1800~4500Hv；涂层厚度：1~4μm，摩擦系数：0.15~0.7，最高耐温：1200·C。

结束语：本文对PVD涂层在刀具和模具的应用作了简单介绍，希望对模具工作者在选择刀具和模具时有一定帮助，使模具寿命大大提高，以促进现代加工业的蓬勃发展。

参考文献

[1]曹美蓉等.PVD涂层技术在冲压/成型模具中的应用及实例[J].热处理技术与装备.2010，31（3）：34-38.

[2]张祥林等.高端精冲模具的制造探讨[J].塑性工程学报.2013，20（1）：68-71.