压铸模具、五金模具、塑料都得用它！一文说清PVD技术

  氮化铬PVD涂层，浅银色涂层，外观类似于金属铬或不锈钢色。具有耐高温、自润滑性和优异的耐磨性和抵抗腐蚀能力，导电和不易氧化，耐咬合磨损，微动磨损，粘着磨损。CrN有很低的残余应力，很适合PVD涂层打底，适用于汽车零件、模具、泵零件、轴、干拉深，非常适合于铜。

  TD处理（热扩散法）是在一定的处理温度下，将模具工件置于硼砂熔盐及其特种介质中，通过熔盐中的金属原子和模具工件中的碳、氮原子产生化学反应，扩散在模具工件表面，形成厚度数微米超硬金属碳化层。目前应用较多的是碳化钒(VC)覆层。

  PVD处理（物理气相沉积）是在真空条件下，以各种物理的方法产生的原子或分子沉积在基材上。PVD处理技术能通过改变工艺和靶材，进而改变表面硬化层的组织架构和成份，用来制备具有各种特殊力学及化学性能（如超硬性、高耐蚀性、耐热性、抗氧化性、自润滑性等）涂层，其应用更广泛。目前PVD处理技术在模具上的应用较多的是氮化钛(TiN)、氮碳化钛(TiCN)、氮铝化钛(TiAlN)、氮化铬(CrN)等，其硬度一般低于TD覆层碳化钒的硬度。

  CrN涂层是一种比TiN（2200HV）更软的涂层，耐高温性更好而耐磨性较低，在许多应用中，它的常规使用的寿命比其它（较硬，如复合TiCN）PVD涂层短。大多数都用在模具、零件涂层，而不同于氮化钛是刀具通用涂层。

  与TiN相比，CrN的应用温度范围略有扩大，并具有更高的耐温性和更高的基底防腐性。这是由于在高温条件下，表面氧化层晶格间隙位置的分子氮与CrN基体混合形成固溶硬化结构，形成了分布精细的Cr2O3氧化物相。这种结构是一种良好的氧气扩散屏障，它可保护薄膜的内部，并扩展其温度范围。

  与所有常用的硬质耐磨功能涂层一样，它具有高度的惰性，在中低温下不会发生化学反应或腐蚀，并且具备优秀能力的化学稳定性。它增强了涂层部件的耐腐的能力，但不能完全封装零件。

  塑料模具由于要求比较高，故其耐用性更加受到关注。例如所生产的塑料中带有玻璃纤维，容易磨损模具表面，或脱模时需要提高润滑的性能。PVD涂层由于其独有的润滑性及超高的硬度，可以大幅度改善生产的全部过程中所遇到的上述问题。

  铍铜的特点是散热快，淬火后硬度为“36-42HRC”。散热快（比钢材快3倍）代表注塑生产周期可以缩短，产量更高。铍铜价格昂贵，比一般塑料钢材贵，所以任何的磨损、报废或修磨的成本都很高。基于硬度较低，所以，表面磨损是其碰到的非常严重的问题。

  考虑到硬度及铍铜的特性，涂层公司特别为铍铜模具设计了一套完善的PVD涂层方案TiN-BeCu，提高了铍铜表面耐磨性，同时又不会降低其导热性高的特性。

  塑料模具零件有些材料采取使用低温回火并有些零件的形状结构有易变形的特点，因此，采用高温处理的PVD涂层方案并不合适。在这种情况下，CrNC是最好的选择。CrNC抗非物理性腐蚀能力强，而且它的硬度也不低于HV2000，足以应付塑料生产所要求的硬度，是塑料模具最佳的选择。

  而精密模具镶件的特点是公差小、深槽多，要做到不变形及涂层的均衡并不是特别容易。涂层公司对塑料模具的应用了如指掌，应用CrNC涂层为客户解决模具磨损的问题。

  透明塑料瓶是典型高速多型腔大批量生产模具，其模具在高速生产的情况下，对表面的要求特别高，如：表面硬度高、抛光至镜面及脱模能力良好等。一般欧美生产商都乐意采用Mirror-Gold PVD涂层处理来增强模具表面的硬度，并提高润滑脱模能力。由于PVD涂层的高硬度及良好的润滑性能，因此能缩短生产周期，提高产量。

  现今汽车制造商正想方设法在不影响安全、质量的情况下，不断降低汽车的总重量，进而达到省油的目的。工程塑料质轻且强度高，是汽车零部件的良好材料。但如果碰到生产诸如尼龙加玻纤的工程塑料产品时，不管是什么类型的模具钢材，其表面磨损都特别厉害。为了延长常规使用的寿命，一般欧美汽车生产商均愿意采用PVD涂层。无锡一家大型汽车配件模具及制品生产商知道PVD涂层的好处后，其所有生产尼龙汽车配件的模具均采用了PVD涂层，来提升了模具的使用寿命。

  对五金模具而言，因五金行业通常要在金属薄片上冲孔、褶弯成型等。常用的冲压配件，如冲棒，经常与被加工材料摩擦。为了延长其常规使用的寿命，绝大多数需要表面使用PVD涂层。

  五金冲压通过剪切的原理，把五金薄片冲成不同的形状。根据其工艺流程，磨损、塑性变型、崩角都是其破坏的机理，所以最理想的冲压模具必须同时拥有高硬度和高韧性。硬度高可确保抗磨损性能好，韧性好代表抗崩角性能好。

  基于模具钢材的物理性能限制，例如常用的D2材料，其硬度超过HRC62，因此采用TiCN PVD涂层是提高表面抗磨损的最好办法，例如氮化钛PVD涂层表面硬度可达到HV2400，对解决磨损问题有直接的帮助作用。不过，塑性变型还需要基体的硬度来承担。冲棒是冲压常用的模具，一般都会采用TiN-Mirror和TiCN涂层。

  良好的五金拉伸模具要求硬度高，兼有润滑性能好的表面。一般的冷作钢能够达到HRc62，但钢材表面润滑度低，PVD涂层能够完全满足这两方面的要求。TiCN是很好的拉伸涂层，其硬度可达到Hv3700，但摩擦系数可低于0.2。

  压铸模具的生产条件最严苛，在高温的金属溶液，通过高压力注射，并且模具表面不停的热胀冷缩，导致压铸模具的常规使用的寿命很短，在生产时不停的需要修模、维护。PVD TiAlN-F3涂层能解决部分压铸模具碰到的问题，但延长其寿命的效果比刀具要相对差些。涂层公司针对此问题研发了PVD涂层前处理的新技术，在改善液体金属粘模和热龟裂方面取得了一定的成绩。