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    PVD涂層加工技術可以廣泛應用于各類磨損、咬合、腐蝕、粘著、融合
    發布時間:2018-12-12 瀏覽:

    納米PVD涂層技術對模具保護和裝飾作用


    納米PVD涂層加工技術是一門介于材料學、物理學、電子學、化學、社會環境科學等的新型技術。核心技術應用于金屬加工,制造業生產等方面,其旨在促進現代切削刀具和制造加工業的高速發展。

    針對不同的模具(塑膠模、五金沖壓模、壓鑄模、模具配件、成型模等)和機械耐磨、耐蝕零件等高要求五金制品所采用的PVD涂層加工工藝,可顯著提高產品表面硬度、耐磨性、耐蝕性、耐熱性以及潤滑性;并能方便脫膜,大力提升模具、零件的品質(如表面粗糙度、耐磨性、精度等)和使用壽命,使其有效的發揮產品的潛能。

    在模具的使用過程中,早期失效經常出現。失效的因數通常是磨損、腐蝕、融合、粘著等。其問題不單是拖延生產周期,也大大增加了生產成本,進而影響企業競爭力。為此,業界陸續推出不同的解決方案,而PVD涂層表面處理技術是倍受青睞的方案,能最有效的解決上述難題。  

    PVD涂層加工技術可以廣泛應用于各類磨損、咬合、腐蝕、粘著、融合等而引起失效的工具、模具、機械零件、醫療器械等。其中,因磨損引起的失效的產品(如:沖裁、冷鐓、粉末成型等)涂層后可提高壽命2-20倍以上;因咬合引起產品或模具的拉傷問題(如:引伸模、拉伸模、翻邊模等),涂層后可以從根本上予以解決。

        PVD涂層技術廣泛應用于航天航空、汽車、機床、化工機械、船舶制造、動力設備、五金工具、醫療器械、標準件制造等領域。工具(刀具)涂層后,可提高使用壽命3-10倍,可提切削效率30%以上,模具涂層后,可大幅降低修模次數,提高模具的脫模性,保證加工精度,從而達到提高模具使用壽命的目的。采用特殊涂層的工模具具有防酸、防腐、耐高溫的性能,以應對各種特殊使用環境。

        PVD涂層即物理氣相沉積,是當前國際上廣泛應用的先進的表面處理技術。其工作原理就是在真空條件下,利用氣體放電使氣體或被蒸發物質部分離化,在氣體離子或被蒸發物質離子轟擊作用的同時把蒸發物或其反應物沉積在基底上。它具有沉積速度快和表面清潔的特點,特別具有膜層附著力強、繞射性好、可鍍材料廣泛等優點。

        模具及精密零件PVD表面強化處理技術 近年來,PVD鍍膜技術在模具的工作表面強化處理中的應用越來越多,其突出的優點是可有效提高模具使用壽命,同時鍍膜溫度低,在250℃~500℃左右,可減少工件型面的變形。

      PVD涂層表面涂層處理技術用于精密零件及模具表面處理,提高模具型面硬度、耐磨性、抗熱性、抗腐蝕性等,可使零件及模具使用壽命提高3-5倍,大大提高了模具材料的利用率。

      PVD涂層表面涂層處理技術,目前已在省內外企業獲得應用和認同,涉及的模具包括冷沖模、塑料模、熱鍛模、擠壓模等,涉及的零件有各種易磨損的部件,例如錄音機磁頭外殼拉伸模,對其材料為YG20硬質合金的模具工作零件進行PVD涂覆TiN處理,壽命從原來的13萬次提高到45萬次以上,物理氣相沉積技術是通過加熱或離子轟擊(噴射)使堅固的高純度涂層材料(金屬,如鈦、鉻和鋁)蒸發。

      同時,加入反應氣體(例如氮或含碳氣體),這些氣體與金屬蒸氣反應生成化合物,然后沉積在工具或模具上形成薄而高度粘附的涂層。

    PVD涂層加工的主要作用有以下:

    模具保護作用。鋁合金型材在使用過程中,長期暴露于空氣中,會受到氧、水分、酸物、鹽霧及各種腐蝕性氣體、紫外光線等的侵蝕和破壞。在需要受到保護的工件表面通過一定的涂裝工藝方法形成具有一定厚度的涂層(即保護層),從而起到保護作用。

    模具裝飾作用。涂料可以配制出多種多樣的顏色,加上涂層平整光亮,甚至可以做出各種立體質感的效果,如錘紋、橘紋、晶紋、絨面等,使產品形成美麗的造型和外觀以及所需要的特種性能,起到美化人類生活環境的作用。

    模具其他作用。涂層除了具有保護和裝飾作用外,還具有許多特殊的功能,如電絕緣、導靜電、防污、耐熱、耐磨、保溫、反光、防噪聲、減震、防滑、防紫外線等。

       合理地應用模具PVD涂層表面處理技術,可以降低的工藝成本使模具壽命提高5~10倍甚至幾十倍,經濟效益十分顯著。目前,各種模具表面處理新技術正得到業界越來越多的關注和推廣應用。對模具表面進行處理的主要目的在于提高表面硬度、耐磨性和耐蝕性等,從而提高模具產品質量,延長模具使用壽命。合理地應用模具表面處理技術以獲得高精度的模具表面,是生產精度高且表面質量好的產品的必要條件。表面強化工藝成本較低,而模具壽命卻可提高5-10倍 合理地應用模具表面處理技術,可以以較低的工藝成本使模具壽命提高5~10倍甚至幾十倍,經濟效益十分顯著。

          時至今日,模具PVD涂層加工技術已在建筑材料、運動器材、電子行業、鎖具五金、廚房衛浴、鐘表飾品、醫療設備和工具加工等行業得到了廣泛而深入的應用,為這些行業帶來了可觀經濟效益的同時也增強了它們的發展潛力。今天越來越多的制造業、建筑業和設計業的工程師都非常認可這些PVD離子鍍膜產品效果、特性和優勢。

          PVD涂層加工用來制備新的,具有額外價值和特點的產品,如絢麗的色彩、耐磨損能力和降低摩擦。

    PVD離子鍍膜涂層可分為"裝飾鍍"與"功能鍍"兩大類。

          裝飾鍍的膜層較薄,其主要目的是用來改善產品的外觀效果,如色澤、亮度等;另外裝飾性膜層同樣也能夠起到減少表面磨損、抵抗表面腐蝕、延長產品壽命的作用。

         裝飾鍍主要是應用在一些附加值較高的產品上,如:鐘表飾品、運動器材、光學電子、餐具、門鎖衛浴五金等等。鍍膜后的產品能夠展現出雍容華貴、光彩奪目等各式各樣的美麗效果,并且膜層耐磨損不褪色。

         功能鍍膜層相比裝飾鍍較厚,其主要目的是利用膜層的高硬度、高耐磨耐熱耐腐蝕等性能,來延長各種五金工具、車削刀具、模具以及各種醫療器材的壽命,如車刀,銑刀,刨刀,鉆頭、手術鉗、手術刀等等。

         功能鍍的膜層,能夠大幅度的延長產品的使用壽命。例如,在車刀、銑刀、刨刀、鉆頭等車削刀具上鍍過 PVD 膜層后,其使用壽命能夠提高 5~40 倍;同時由于 PVD 膜層的非常細膩及摩擦系數小的特點,機床的車削速度和被加工表面的光潔度也都有很大的提高。這使得生產企業的效率大幅提高,其產品的加工精度和外觀也得到了改善,能夠為企業帶來更多的效益。

         PVD涂層技術出現于20世紀70年代末期,由于可以控制在500℃以下的納米涂層處理過程的溫度,所以最終的治療過程可以用作涂層高速鋼切削工具。 PVD納米涂層技術,可大大提高高速鋼刀具,所以迅速的推廣應用該技術在八十年代。八十年代末工業的高速鋼切削工具開發的PVD涂層的比例已經超過60%,被廣泛應用。 

         PVD涂層技術在高速鋼刀具領域的成功應用,引起了極大的關注在世界各地,人們都在競相開發的同時,高性能,高可靠性的納米涂層設備,還以擴大其應用領域更深入的研究,尤其是在硬質合金,陶瓷刀具在該領域的應用。與CVD涂層工藝相比,PVD涂層工藝納米處理溫度低,在600℃以下對刀具材料的抗彎強度沒有任何影響;在膜內部的壓應力是更適合的硬質合金刀具涂布有復雜的PVD涂層工藝的類型沒有不利的環境與綠色產業發展的電流方向的影響,管線;此外,模具涂層隨著高速加工時代的到來,高速鋼刀具的應用比例下降,硬質合金,陶瓷刀具增加了應用程序的比例成為必然,而從90年代初期,因此工業國家開始工作在納米涂層技術的PVD硬質合金刀具,九十年代中期,硬質合金刀具PVD納米涂層技術取得了突破性的進展,常用的硬質合金立銑刀,鉆頭,階梯鉆,鉆孔,鉸刀,絲錐,可轉位銑刀片,形工具,焊接工具等的涂覆方法。 

        而在中國,引進的納米涂層技術城外不久,自主研發更新尚未成熟的條件下,所以相對于國外先進的納米涂層相比還有一定的差距,需要投入更多的資金,精力來更新,新的,先進的納米涂層技術,管理流程的發展,以提升我們的涂料行業的競爭力。

    PVD是:Physical Vapor Deposition英文的縮寫,中文意思是:物理氣相沉積。主要意思是指在真空條件下,在真空狀態下注入氬氣,氬氣樁基靶材,靶材分離成分子被導電的貨品吸附形成一層均勻光滑的表面層。

    PVD涂層鍍膜技術主要分為:真空離子鍍膜,真空濺射鍍,真空離子鍍膜。我們經常說的PVD鍍膜就是指真空離子鍍膜,近幾年來,真空離子鍍膜技術發展是最快的,它已經成為當今社會最先進的表面處理方式之一。PVD鍍出的膜層硬度高,耐磨性強,耐腐蝕性好,化學性穩定,而且膜層壽命長。PVD真空鍍膜

    PVD鍍膜可以鍍膜出的顏色種類:可鍍IPG、IP紫色、IP玫瑰金色、IP鎢鋼色、IP鉻色、IP咖啡色、IP紅、IP鈦色、IP藍色及IP黑、槍色、IP灰等,可以通過控制鍍膜過程的相關參數來控制鍍出來的顏色,鍍膜結束后可以用相關的儀器對鍍膜出來的顏色進行檢查,使顏色得到準確來滿足客戶要求。

    PVD鍍膜膜層的厚度為微米級,厚度較薄,一般為0.3μm ~5μm,其中裝飾鍍膜膜層的厚度一般為0.3μm ~1μm ,因此可以在幾乎不影響工件原來尺寸的情況下提高工件表面的各種物理性能和化學性能,鍍后不須再加工。


    PVD涂層技術可在充分發揮的加工形態中加以利用


        PVD涂層加工可在充分發揮的加工形態中加以利用。例如:要求有鋒利切削刃的整體硬質合金刀具;要求耐缺損性強的平面銑刀用刀片;輕易因熔附而出現崩刃的低速切削用刀片;在高溫狀態下基材硬度降低的高速鋼刀具。 

        針對整體硬質合金立銑刀的PVD涂層的研發進步明顯。以往TiN或TiCN涂層是主流產品,但在20世紀90年代前期,(Ti,Al)N涂層的出現使整體硬質合金立銑刀的性能大幅進步,特別是含Al豐富的(Al,Ti)N涂層通過大幅進步薄膜硬度和耐氧化性而實現了對淬火鋼的直接加工,是模具加工的技術創新。目前,針對HRC60左右的超高硬度材料加工用涂層及軟鋼加工用涂層等不同用途的專用涂層的開發呈現多樣化的趨勢。 

        超細顆粒硬質合金PVD涂層的切削加工實例 

        以下對最新的PVD涂層加工超細顆粒硬質合金牌號的切削加工實例進行介紹。 

        1.平面銑刀用刀片材種VP15TF

        PVD涂層超細顆粒硬質合金牌號VP15TF是采用具有優異的耐磨損性和耐缺損性的超細顆粒硬質合金VP15TF和(Al,Ti)N涂層的通用性高的材種,尤其在平面銑刀用刀片上具有較高的通用性,可在各種高性能加工中發揮作用。

        VP15TF對合金鋼進行臺階面加工的實例:刀具多功能臺階面銑刀APX3000。該刀具的最大特點是切削阻力低,采用更重視切削鋒利性的幾何外形,所以確保刃尖強度更為困難。因此,不僅要求刀片耐磨損性好,同時要求比以往刀具具有更好的耐磨損性。VP15TF滿足以上要求,與以往材種相比可大幅進步刀具壽命,并同時實現良好的壁面精度和表面粗糙度。

        VP15TF也可在大進給粗加工中發揮良好性能。粗加工淬火鋼實例:此加工使用生產的大進給加工用圓弧頭立銑刀AJX。此刀具在加工HRC53淬火鋼時單刃進給達到過往無法想象的1mm的大進給,可大幅縮短模具加工時間。

        VP15TF憑借通用性高,在平面加工以外的內圓車削用刀片、小型自動車床用刀片等不同領域均有產品推出,并發揮高性能。 

        2.螺紋切削用材種VP10MF 

        VP10MF是采用硬度極其高的超微粒硬質合金MF10和與VP15TF相同的(Al,Ti)N MIRACLE涂層,它是具有極高耐磨損性的優異材種。VP10MF的斷面。與TF15相比,MF10采用更細微的WC原料和最佳量的粘結物質從而實現了更高的硬度。

        使用VP10MF進行螺紋加工的實例:刀具使用我公司最新的螺紋刀具MMT型。因螺紋加工中的被削材料多為不銹鋼等輕易出現熔付崩刃的材料,并且對螺紋部表面精度要求高,所以多使用PVD材種。VP10MF為抑止在螺紋加工中輕易出現的后刀面磨損及刀片塑性變形等現象而研制的??梢钥闯?,與以往材種相比,其后刀面磨損小,塑性變形也得到大幅抑止。并因以上效果使螺紋部位的表面加工質量良好。

        VP10MF憑借其高耐磨損性,可適用于可轉位刀片式精加工用球頭立銑刀SRF,尤其在加工HRC60左右的高硬度模具鋼中發揮出類拔萃的耐磨損性。 

        3.加工高硬度材用整體硬質合金立銑刀“IMPACT MIRACLE” 

        最后介紹在整體硬質合金立銑刀的使用情況。綜合材料神戶工具生產的“IMPACT MIRACLE立銑刀”。此立銑刀是以硬度超過HRC50的高硬度淬火鋼為目標而研制的。

        母材采用新研制的超細微硬質合金,母材硬度達到HRA93.5,尤其是為此種被削材料而研制的。涂層采用比以往(Al,Ti,Si)N涂層更先進的“單相納米結晶(Al,Ti,Si)N涂層”。IMPACT MIRACLE立銑刀的硬質合金母材及涂層與以往產品的比較。

        IMPACT MIRACLE立銑刀與以往產品相比在母材、涂層及外形上加以改良,在加工高硬度材料時比以往產品的壽命得以大幅進步。IMPACT MIRACLE立銑刀的加工實例。在加工HRC60左右的的高硬度材料時刀具壽命大幅延長,為降低刀具本錢作出巨大貢獻。

        對今后被切削材料進一步的高硬度、難切削化IMPACT MIRACLE立銑刀在削減刀具本錢方面做出貢獻。使用它還有看減少電火花加工工序而縮短工序。 

          模具涂層最好涂布中,為了保護,絕緣,裝飾而涂抹成固體連續薄膜涂層,金屬,織物,塑料基片上的涂層,例如塑料層。不適用模具涂層會有很大的影響嗎?簡單地說,使用模具涂層中最主要的目的降低成本,無利不起早,將模具的壽命延長,從而降低了模具的投資成本,減少了停機時間,提高生產率說是涂層的效果不如說是研發它的原因。此外,該模具可在干燥或微潤滑,節省操作和處理的成本。鑒于效率,通過在模具和涂層的模具穩定性屬性是在運行,從而增加每單位時間的產率的情況下,更高的生產率。 

          用于發動機和機械部件,該涂層通過減少磨損和提高質量,在醫療現場設備減少摩擦,涂層提供了更長的時間的保護,可用于彩色編碼,減少工具的反射,減少鉆井工作溫度,以避免骨損傷在高溫下,所以使用這種涂層可以讓你的工廠持續高效的向國內外輸送產品,利潤滾滾而來,在緊張的生產期完美完成訂單。

          PVD納米只有大約3μm,該涂層是其優異的播放功能的涂層厚度,粘附于基材的臨界很大的關系。因此,基板的表面狀態起著重要的作用。所述基板的機械性能必須是最好的情況,為了充分發揮涂層的功能。

          PVD涂層加工技術出現于20世紀70年代末期,由于可以控制在500℃以下的納米涂層處理過程的溫度,所以最終的治療過程可以用作涂層高速鋼切削工具。 PVD納米涂層技術,可大大提高高速鋼刀具,所以迅速的推廣應用該技術在八十年代。八十年代末工業的高速鋼切削工具開發的PVD涂層的比例已經超過60%,被廣泛應用。 

        隨著市場競爭愈加激烈,對制造業提出了更高的要求。在切削加工領域,通過高速、大進給加工以進步加工效率,縮短加工時間;使用精密刀具實現高精度、高品質加工以進步附加價值;延長刀具壽命以降低刀具使用本錢;使用最新技術的刀具以改變加工工序(由研磨、電火花加工變為切削加工)等各方面,機加工用戶提出了越來越高的要求,切削刀具發揮了非常大的作用。

        在各種刀具材質中,PVD涂層加工超細顆粒硬質合金的進步最為明顯。其優異的性能大幅推動了模具和汽車零部件等鉆削加工技術的發展。到目前為止,在以CVD硬質合金材質刀具為主流的車削加工中也發揮了出色的性能。下面介紹PVD涂層超細顆粒硬質合金技術及其最新加工實例。 

        超細顆粒硬質合金 

        硬質合金是將主要成分WC(碳化鎢,高硬度脆性材料)分散在Co(鈷,低硬度高韌性材料)中制成的復合材料,是一種兼顧硬度與抗彎強度的硬質材料。目前的切削刀具用材料中,在硬質合金上通過CVD(化學涂層法)、PVD(物理涂層法)涂覆可承受高速切削的Al2O3或(Ti、Al)N等涂層的硬質合金涂層材料占據主要位置。 

        Co含量和WC顆粒大小等要素決定了硬質合金的性質。Co含量越少,硬質合金的硬度、抗壓強度、剛性越高,但同時抗沖擊值越低;WC顆粒越小,硬質合金的硬度、抗彎強度越高,但同時其韌性值越低。

        超細顆粒硬質合金是為同時進步硬度和抗彎強度而開發的合金材料,與普通硬質合金材料相比,在硬度相同時具有強度更高、在強度相同時具有硬度更高的特點。普通硬質合金的WC顆粒為1~6μm左右,超細顆粒硬質合金的WC顆粒則僅為0.6μm左右,由于WC顆粒非常微小,所以四周起粘結作用的Co成分的厚度較薄,同時,因折斷起始尺寸小,使抗彎強度較高。超細顆粒硬質合金最初用于小直徑鉆頭、立銑刀等整體硬質合金刀具,最近也開始用于可轉位刀片。但是,固然超細顆粒硬質合金在低溫下顯示出優異的特性,但在高溫狀態下輕易出現塑性變形,在切削速度高的情況下使用時,有時會產生塑性變形、磨損增大等現象,應予以留意。 

        隨著近幾年粉末制造企業的微細WC粉末制造技術及硬質合金制造商與合金制造相關的微?;夹g的突飛猛進,粒徑為0.4μm左右的WC超細顆粒硬質合金也已面市。 

        PVD是物理氣相沉積法(Physical Vapor Deposition)的簡稱,它與CVD法的氣體在高溫下產生化學反應形成表面薄膜不同,是采用電能等物理方法使金屬蒸發物產生離子進行涂層。與CVD相比,PVD涂層的特點如下:可在低溫下進行涂層,硬質合金基材受損較小,因此可在涂層時對基材進行選擇;CVD涂層有張力,所以在耐缺損方面有不利之處,與之相比,PVD涂層產生壓縮力,有利于進步耐缺損性能,可用于具有鋒利切削刃的刀具制造。

          真空PVD涂層加工技術起步時間不長,國際上在上世紀六十年代才出現將CVD(化學氣相沉積)技術應用于硬質合金刀具上。由于該技術需在高溫下進行(工藝溫度高于1000℃),涂層種類單一,局限性很大,因此,其發展初期未免差強人意。

          到了上世紀七十年代末,開始出現PVD(物理氣相沉積)技術,為真空涂層開創了一個充滿燦爛前景的新天地,之后在短短的二、三十年間PVD涂層技術得到迅猛發展,究其原因,是因為其在真空密封的腔體內成膜,幾乎無任何環境污染問題,有利于環保;因為其能得到光亮、華貴的表面,在顏色上,成熟的有七彩色、銀色、透明色、金黃色、黑色、以及由金黃色到黑色之間的任何一種顏色,可謂五彩繽紛,能夠滿足裝飾性的各種需要;又由于PVD技術,可以輕松得到其他方法難以獲得的高硬度、高耐磨性的陶瓷涂層、復合涂層,應用在工裝、模具上面,可以使壽命成倍提高,較好地實現了低成本、高收益的效果;此外,PVD涂層技術具有低溫、高能兩個特點,幾乎可以在任何基材上成膜,因此,應用范圍十分廣闊,其發展神速也就不足為奇。真空涂層技術發展到了今天還出現了PCVD(物理化學氣相沉積)、MT-CVD(中溫化學氣相沉積)等新技術,各種涂層設備、各種涂層工藝層出不窮,如今在這一領域中,已呈現出百花齊放,百家爭鳴的喜人景象。

          PVD涂層加工技術在高速鋼刀具領域的成功應用,引起了極大的關注在世界各地,人們都在競相開發的同時,高性能,高可靠性的納米涂層設備,還以擴大其應用領域更深入的研究,尤其是在硬質合金,陶瓷刀具在該領域的應用。

         與CVD涂層工藝相比,PVD涂層工藝納米處理溫度低,在600℃以下對刀具材料的抗彎強度沒有任何影響;在膜內部的壓應力是更適合的硬質合金刀具涂布有復雜的PVD涂層工藝的類型沒有不利的環境與綠色產業發展的電流方向的影響,管線;此外,模具涂層隨著高速加工時代的到來,高速鋼刀具的應用比例下降,硬質合金,陶瓷刀具增加了應用程序的比例成為必然,而從90年代初期,因此工業國家開始工作在納米涂層技術的PVD硬質合金刀具,九十年代中期,硬質合金刀具PVD納米涂層技術取得了突破性的進展,常用的硬質合金立銑刀,鉆頭,階梯鉆,鉆孔,鉸刀,絲錐,可轉位銑刀片,形工具,焊接工具等的涂覆方法。 


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