PVD工藝你了解多少呢？

真空涂層技術(shù)的發(fā)展 
一、真空涂層技術(shù)起步時間不長，國際上在上世紀(jì)六十年代才出現(xiàn)將CVD(化學(xué)氣相沉積)技術(shù)應(yīng)用于硬質(zhì)合金刀具上。由于 該技術(shù)需在高溫下進(jìn)行(工藝溫度高于 1000oC)，涂層種類單一，局限性很大，因此，其發(fā)展初期未免差強人意。 
二、到了上世紀(jì)七十年代末，開始出現(xiàn) PVD技術(shù)，為真空涂層開創(chuàng)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(shù)得到迅猛發(fā)展，究其原因，是因為其在真空密封的腔體內(nèi)成膜，幾乎無任何環(huán)境污染問題，有利于環(huán)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(shù)，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(fù)合涂層，應(yīng)用在工裝、模具上面，可以使壽命成倍提高，較好地實現(xiàn)了低成本、高效益的效果；此外， PVD 涂層技術(shù)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(yīng)用范圍十分廣闊，其發(fā)展神速也就不足為奇。真空涂層技術(shù)發(fā)展到了現(xiàn)在還出現(xiàn)了PCVD(物理化學(xué)氣相沉積)、MT-CVD(中溫化學(xué)氣相沉積)等新技術(shù)，各種涂層設(shè)備、各種涂層工藝層出不窮，如今在這一領(lǐng)域中，已呈現(xiàn)出百花齊放，百家爭鳴的喜人景象。 
三、與此同時，我們還應(yīng)該清醒地看到，真空涂層技術(shù)的發(fā)展又是嚴(yán)重不平衡的。由于刀具、模具的工作環(huán)境極其惡劣，對薄膜附著力的要求，遠(yuǎn)高于裝飾涂層。因而，盡管裝飾涂層的廠家已遍布各地，但能夠生產(chǎn)工模涂層的廠家并不多。再加上刀具、模具涂層售后服務(wù)的欠缺，到目前為止，國內(nèi)大多數(shù)涂層設(shè)備廠家都不能提供完整的刀具涂層工藝技術(shù)(包括前處理工藝、涂層工藝、涂后處理工藝、檢測技術(shù)、涂層刀具和模具的應(yīng)用技術(shù)等)，而且，它還要求工藝技術(shù)人員，除了精通涂層的專業(yè)知識以外，還應(yīng)具有扎實的金屬材料與熱處理知識、工模涂層前表面預(yù)處理知識、刀具、模具涂層的合理選擇以及上機(jī)使用的技術(shù)要求等，如果任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會給使用者產(chǎn)生使用效果不理想這樣的結(jié)論。所有這些，都嚴(yán)重制約了該技術(shù)在刀具、模具上的應(yīng)用。 
四、 另一方面，由于該技術(shù)是一門介乎材料學(xué)、物理學(xué)、電子、化學(xué)等學(xué)科的新興邊緣學(xué)科，而國內(nèi)將其應(yīng)用于刀具、模具生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)的為數(shù)不多的幾個骨干廠家，大多走的也是一條從國外引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備和工藝技術(shù)的路子，尚需一個消化、吸收的過程，因此，國內(nèi)目前在該領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)力量與其發(fā)展很不相稱，急需奮起直追。   
五、PVD (Physical Vapor Deposition) 分為：真空蒸發(fā)鍍膜、真空濺射鍍膜和真空離子鍍膜。我們通常所說的PVD鍍膜 ，指的就是真空離子鍍膜；通常說的NCVM鍍膜，就是指真空蒸發(fā)鍍膜和真空濺射鍍。
六、真空蒸鍍基本原理：在真空條件下，使金屬、金屬合金等蒸發(fā)，然后沉積在基體表面上，蒸發(fā)的方法常用電阻加熱，電子束轟擊鍍料，使蒸發(fā)成氣相，然后沉積在基體表面，歷史上，真空蒸鍍是PVD法中使用**的技術(shù)。

七、濺射鍍膜基本原理：充氬(Ar)氣的真空條件下，使氬氣進(jìn)行輝光放電，這時氬(Ar)原子電離成氬離子(Ar )，氬離子在電場力的作用下，加速轟擊以鍍料制作的陰極靶材，靶材會被濺射出來而沉積到工件表面。 濺射鍍膜中的入射離子，一般采用輝光放電獲得，在l0-2Pa～10Pa范圍，所以濺射出來的粒子在飛向基體過程中，易和真空室中的氣體分子發(fā)生碰撞，使運動方向隨機(jī)，沉積的膜易于均勻。
八、離子鍍基本原理：在真空條件下，采用某種等離子體電離技術(shù)，使鍍料原子部分電離成離子，同時產(chǎn)生許多高能量的中性原子，在被鍍基體上加負(fù)偏壓。這樣在深度負(fù)偏壓的作用下，離子沉積于基體表面形成薄膜。
九、離子鍍的工藝過程：蒸發(fā)料的粒子作為帶正電荷的高能離子在高壓陰極（即工件）的吸引下，以很高的速度注入到工件表面。
十、離子鍍的作用過程如下：
蒸發(fā)源接陽極，工件接陰極，當(dāng)通以三至五千伏高壓直流電以后，蒸發(fā)源與工件之間產(chǎn)生輝光放電。由于真空罩內(nèi)充有惰性氬氣，在放電電場作用下部分氬氣被電離，從而在陰極工件周圍形成一等離子暗區(qū)。帶正電荷的氬離子受陰極負(fù)高壓的吸引，猛烈地轟擊工件表面，致使工件表層粒子和臟物被轟濺拋出，從而使工件待鍍表面得到了充分的離子轟擊清洗。隨后，接通蒸發(fā)源交流電源，蒸發(fā)料粒子熔化蒸發(fā)，進(jìn)入輝光放電區(qū)并被電離。帶正電荷的蒸發(fā)料離子，在陰極吸引下，隨同氬離子一同沖向工件，當(dāng)拋鍍于工件表面上的蒸發(fā)料離子超過濺失離子的數(shù)量時，則逐漸堆積形成一層牢固粘附于工件表面的鍍層。這就是離子鍍的簡單作用過程。
三種鍍膜方式的比較：

PVD技術(shù)四個工藝步驟
(1)清洗工件：接通直流電源，氬氣進(jìn)行輝光放電為氬離子，氬離子轟擊工件表面，工件表層粒子和臟物被轟濺拋出；
(2)鍍料的氣化：即通入交流電后，使鍍料蒸發(fā)氣化。 
(3)鍍料離子的遷移：由氣化源供出原子、分子或離子經(jīng)過碰撞以及高壓電場后，高速沖向工件； 
(4)鍍料原子、分子或離子在基體上沉積：工件表面上的蒸發(fā)料離子超過濺失離子的數(shù)量時，則逐漸堆積形成一層牢固粘附于工件表面的鍍層。
離子鍍時，蒸發(fā)料粒子電離后具有三千到五千電子伏特的動能，高速轟擊工件時，不但沉積速度快，而且能夠穿透工件表面，形成一種注入基體很深的擴(kuò)散層，離子鍍的界面擴(kuò)散深度可達(dá)四至五微米，也就是說比普通真空鍍膜的擴(kuò)散深度要深幾十倍，甚至上百倍，因而彼此粘附得特別牢。
十一、PVD 涂層的基本概念及其特點 
較為成熟的 PVD 方法主要有多弧鍍與磁控濺射鍍兩種方式。多弧鍍設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，容易操作。它的離子蒸發(fā)源靠電焊機(jī)電源供電即可工作，其引弧的過程也與電焊類似，具體地說，在一定工藝氣壓下，引弧針與蒸發(fā)離子源短暫接觸，斷開，使氣體放電。由于多弧鍍的成因主要是借助于不斷移動的弧斑，在蒸發(fā)源表面上連續(xù)形成熔池，使金屬蒸發(fā)后，沉積在基體上而得到薄膜層的，與磁控濺射相比，它不但有靶材利用率高，更具有金屬離子離化率高，薄膜與基體之間結(jié)合力強的優(yōu)點。此外，多弧鍍涂層顏色較為穩(wěn)定，尤其是在做 TiN 涂層時，每一批次均容易得到相同穩(wěn)定的金黃色，令磁控濺射法望塵莫及。多弧鍍的不足之處是，在用傳統(tǒng)的 DC 電源做低溫涂層條件下，當(dāng)涂層厚度達(dá)到0.3μm 時，沉積率與反射率接近，成膜變得非常困難。而且，薄膜表面開始變朦。多弧鍍另一個不足之處是，由于金屬是熔后蒸發(fā)，因此沉積顆粒較大，致密度低，耐磨性比磁控濺射法成膜差。 
可見，多弧鍍膜與磁控濺射法鍍膜各有優(yōu)劣，為了盡可能 地發(fā)揮它們各自的優(yōu)越性，實現(xiàn)互補，將多弧技術(shù)與磁控技術(shù)合而為一的涂層機(jī)應(yīng)運而生。在工藝上出現(xiàn)了多弧鍍打底，然后利用磁控濺射法增厚涂層，再利用多弧鍍達(dá)到穩(wěn)定的表面涂層顏色的新方法。 
大約在八十年代中后期，出現(xiàn)了熱陰極電子蒸發(fā)離子鍍、熱陰極弧磁控等離子鍍膜機(jī)，應(yīng)用效果很好，使TiN 涂層刀具很快得到普及性應(yīng)用。其中熱陰極電子蒸發(fā)離子鍍，利用銅坩堝加熱融化被鍍金屬材料，利用鉭燈絲給工件加熱、除氣，利用電子增強離化率，不但可以得到厚度 3~5μm的TiN 涂層，而且其結(jié)合力、耐磨性均有不俗表現(xiàn)，甚至用打磨的方法都難以除去。但是這些設(shè)備都只適合于 TiN涂層，或純金屬薄膜。對于多元涂層或復(fù)合涂層，則力不從心，難以適應(yīng)高硬度材料高速切 削以及模具應(yīng)用多樣性的要求。 
目前，一些發(fā)達(dá)國家(如德國 CemeCon、英國 ART-TEER、 瑞士 Platit)在傳統(tǒng)的磁控濺射原理基礎(chǔ)上，用非平衡磁場代替原先的平衡磁場、50KHz 的中頻電源代替原來的直流電源、脈沖電源取代以往的直流偏壓，采用輔助的陽極技術(shù)等，使磁控濺射技術(shù)逐步成熟，已大批量應(yīng)用在工模涂層上，現(xiàn)在已穩(wěn)定生產(chǎn)的涂層主要有 TiAlN、AlTiN、TiB2、DLC、CrN，我國廣東、江蘇、貴州、株洲等地也已陸續(xù)引進(jìn)此種設(shè)備，大有星火燎原之勢。 
十二、PVD流程圖

PVD加工特點
1).PVD膜層能直接鍍在不銹鋼以及硬質(zhì)合金上，對比較軟的鋅合金、銅、鐵等壓鑄件應(yīng)先進(jìn)行化學(xué)電鍍鉻，然后才適合鍍PVD，但是水鍍后做PVD容易起泡，不良率較高；
2).典型的 PVD 涂層加工溫度在 250 ℃—450 ℃之間；
3).涂層種類和厚度決定工藝時間，一般工藝時間為 3~6 小時；
4).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(xué)性能，并能夠維持工件尺寸基本不變
，鍍后不須再加工；
5).PVD技術(shù)不僅提高了鍍膜與基體材料的結(jié)合強度，涂層成分也由一代的TiN發(fā)展為TiC、TiCN、ZrN、CrN、MoS2、TiAlN、TiAlCN、TiN-AlN、CNx、DLC和ta－C等多元復(fù)合涂層，形成不同的顏色的表面效果。
6).目前能夠做出的膜層的顏色有深金黃色，淺金黃色，咖啡色，古銅色，灰色，黑色，灰黑色，七彩色等。通過控制鍍膜過程中的相關(guān)參數(shù)，可以控制鍍出的顏色；鍍膜結(jié)束后可以用相關(guān)的儀器對顏色值進(jìn)行測量，使顏色得以量化，以確定所鍍出的顏色是否滿足要求。
PVD鍍膜技術(shù)的應(yīng)用主要分為兩大類：裝飾鍍和工具鍍：
裝飾鍍的目的：主要是為了改善工件的外觀裝飾性能和色澤，同時使工件更耐磨耐腐蝕延長其使用壽命；這方面主要應(yīng)用五金行業(yè)的各個領(lǐng)域，如門窗五金、鎖具、衛(wèi)浴五金等行業(yè)。
工具鍍的目的：主要是為了提高工件的表面硬度和耐磨性，降低表面的摩擦系數(shù)，提高工件的使用壽命；這方面主要應(yīng)用在各種刀剪、車削刀具（如車刀、刨刀、銑刀、鉆頭等等）等產(chǎn)品中。
雖然使用PVD鍍膜技術(shù)能夠鍍出品質(zhì)高的膜層，但是PVD鍍膜過程的成本其實并不高，它是一種性價比非常高的表面處理方式，所以近年來PVD鍍膜技術(shù)發(fā)展得非?？?。PVD鍍膜已經(jīng)成為五金行業(yè)表面處理的發(fā)展方向。
 
十三、PVD優(yōu)點
1. 鍍層附著性能好
普通真空鍍膜時，在工件表面與鍍層之間幾乎沒有連接的過渡層，好似截然分開。而離子鍍時，離子高速轟擊工件時，能夠穿透工件表面，形成一種注入基體很深的擴(kuò)散層，離子鍍的界面擴(kuò)散深度可達(dá)四至五微米，對離子鍍后的
試件作拉伸試驗表明，一直拉到快要斷裂時，鍍層仍隨基體金屬一起塑性延伸，無起皮或剝落現(xiàn)象發(fā)生,可見附著多么牢固，膜層均勻，致密。
2. 繞鍍能力強
離子鍍時，蒸發(fā)料粒子是以帶電離子的形式在電場中沿著電力線方向運動，因而凡是有電場存在的部位，均能獲得良好鍍層，這比普通真空鍍膜只能在直射方向上獲得鍍層優(yōu)越得多。因此，這種方法非常適合于鍍復(fù)零件上的內(nèi)孔、凹槽和窄縫。等其他方法難鍍的部位。用普通真空鍍膜只能鍍直射表面，蒸發(fā)料粒子尤如攀登云梯一樣，只能順梯而上；而離子鍍則能均勻地繞鍍到零件的背面和內(nèi)孔中，帶電離子則好比坐上了直升飛機(jī)，能夠沿著規(guī)定的航線飛抵其活動半徑范圍內(nèi)的任何地方。
3. 鍍層質(zhì)量好
離子鍍的鍍層組織致密、無氣泡、厚度均勻。甚至棱面和凹槽都可均勻鍍復(fù)，不致形成金屬瘤。象螺紋一類的零件也能鍍復(fù)，有高硬度、高耐磨性（低摩擦系數(shù)）、很好的耐腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性等特點，膜層的壽命更長
；同時膜層能夠大幅度提高工件的外觀裝飾性能
4. 清洗過程簡化
現(xiàn)有鍍膜工藝，多數(shù)均要求事先對工件進(jìn)行嚴(yán)格清洗，既復(fù)雜又費事。然而，離子鍍工藝自身就有一種離子轟擊清洗作用，并且這一作用還一直延續(xù)于整個鍍膜過程。清洗效果好，能使鍍層直接貼近基體，有效地增強了附著力，簡化了大量的鍍前清洗工作。
5. 可鍍材料廣
離子鍍由于是利用高能離子轟擊工件表面，使大量的電能在工件表面轉(zhuǎn)換成熱能，從而促進(jìn)了表層組織的擴(kuò)散作用和化學(xué)反應(yīng)。然而，整個工件，特別是工件心部并未受到高溫的影響。因此這種鍍膜工藝的應(yīng)用范圍較廣，受到的
局限性則較小。通常，各種金屬、合金以及某些合成材料、絕緣材料、熱敏材料和高熔點材料等均可鍍復(fù)。即可在金屬工件上鍍非金屬或金屬，也可在非金屬上鍍金屬或非金屬，甚至可鍍塑料、橡膠、石英、陶瓷等。
 
雙色PVD技術(shù)的應(yīng)用范圍及優(yōu)缺點
其應(yīng)用范圍是：
 1）碳鋼、合金鋼、不銹鋼及鈦合金等金屬材料；
 2）金屬材料的表面硬度至少需要在HV170以上。
其優(yōu)點是:
與傳統(tǒng)磁控濺射單色PVD技術(shù)相比，雙色PVD工藝更為復(fù)雜，流程更為繁雜，生產(chǎn)難度高，但外觀效果較好，兩種顏色的表面硬度都在HV600以上。
傳統(tǒng)磁控濺射單色PVD技術(shù)要在實現(xiàn)雙色效果，采取的工藝措施是在整體PVD單色的基礎(chǔ)上把需要實現(xiàn)另一種顏色的區(qū)域激光鐳雕掉或者磨掉。新加工出來的區(qū)域就只能表現(xiàn)金屬的本色，表面硬度也就是金屬本身的表面硬度---
HV200左右（而PVD后的表面硬度為HV600以上）。 
其缺點是：
1）工藝比傳統(tǒng)單色PVD的更為復(fù)雜，流程更為繁雜，生產(chǎn)難度高；
2）生產(chǎn)良率低，大約為65～70%（傳統(tǒng)單色PVD的生產(chǎn)良率一般為85～90%；
3）價格會比傳統(tǒng)單色PVD的高50～60%；
4）因工藝和流程的影響，雙色PVD生產(chǎn)限制較多，受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響較大，而傳統(tǒng)單色PVD則幾乎不受限制
現(xiàn)代涂層設(shè)備(均勻加熱技術(shù)、溫度測量技術(shù)、非平衡磁控濺 射技術(shù)、中頻電源、脈沖技術(shù)) 現(xiàn)代涂層設(shè)備主要由真空室、真空獲得部分、真空測量部分、電源供給部分、工藝氣體輸入系統(tǒng)、機(jī)械傳動部分、加熱及測溫部件、離子蒸發(fā)或濺射源、水冷系統(tǒng)等部分組成。 
1真空室
涂層設(shè)備主要有連續(xù)涂層生產(chǎn)線及單室涂層機(jī)兩種形式，由于工模涂層對加熱及機(jī)械傳動部分有較高要求，而且工模形狀、尺寸千差萬別，連續(xù)涂層生產(chǎn)線通常難以滿足要求，須采用單室涂層機(jī)。 
2 真空獲得部分
在真空技術(shù)中，真空獲得部分是重要組成部分。由于工模件涂層高附著力的要求，其涂層工藝開始前背景真空度需要高于6mPa，涂層工藝結(jié)束后真空度甚至可達(dá) 0.06mPa 以上，因此合 理選擇真空獲得設(shè)備，實現(xiàn)高真空度至關(guān)重要。 
就目前來說，還沒有一種泵能從大氣壓一直工作到接近超高真空。因此，真空的獲得不是一種真空設(shè)備和方法所能達(dá)到的，必須將幾種泵聯(lián)合使用，如機(jī)械泵、分子泵系統(tǒng)等。 
3 真空測量部分
真空系統(tǒng)的真空測量部分，就是要對真空室內(nèi)的壓強進(jìn)行測量。像真空泵一樣，沒有一種真空計能測量整個真空范圍，人們于是按不同的原理和要求制成了許多種類的真空計。 
4 電源供給部分
靶電源主要有直流電源(如 MDX)、中頻電源(如美國 AE公司生產(chǎn)的 PE、PEII、PINACAL)；工件本身通常需加直流電源(如 MDX)、脈沖電源(如美國AE公司生產(chǎn)的 PINACAL+)、或射頻電源(RF)。 
5 工藝氣體輸入系統(tǒng)
工藝氣體，如氬氣(Ar)、氪氣(Kr)、氮氣(N2)、乙炔(C2H2)、甲烷(CH4)、氫氣(H2)、氧氣(O2)等，一般均由氣瓶供應(yīng)，經(jīng)氣體減壓閥、氣體截止閥、管路、氣體流量計、電磁閥、壓電閥，然后通入真空室。這種氣體輸入系統(tǒng)的優(yōu)點是，管路簡捷、明快，維修或更換氣瓶容易。各涂層機(jī)之間互不影響。也有多臺涂層機(jī)共用一組氣瓶的情況，這種情況在一些規(guī)模較大的涂層車間可能有機(jī)會看到。它的好處是，減少氣瓶占用量，統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一布局。缺點是，由于接頭增多，使漏氣機(jī)會增加。而且，各涂層機(jī)之間會互相干擾，一臺涂層機(jī)的管路漏氣，有可能會影響到其他涂層機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量。此外，更換氣瓶時，必須保證所有主機(jī)都處于非用氣狀態(tài)。 
6 機(jī)械傳動部分
刀具涂層要求周邊必須厚度均勻一致，因此，在涂層過程中須有三個轉(zhuǎn)動量才能滿足要求。即在要求大工件臺轉(zhuǎn)動(I)的同時，小的工件承載臺也轉(zhuǎn)動( II),并且工件本身還能同時自轉(zhuǎn)(III)。
在機(jī)械設(shè)計上，一般是在大工件轉(zhuǎn)盤底部中間為一大的主動齒輪，周圍是一些小的星行輪與之嚙合，再用撥叉撥動工件自轉(zhuǎn)。當(dāng)然，在做模具涂層時，一般有兩個轉(zhuǎn)動量就足夠了，但是齒輪可承載量必須增強。 
7 加熱及測溫部分 
做工模涂層的時候，如何保證被鍍工件均勻加熱比裝飾涂層加熱要重要得多。工模涂層設(shè)備一般均有前后兩個加熱器，用熱電偶測控溫度。但是，由于熱電偶裝夾的為置不同，因而，溫度讀數(shù)不可能是工件的真實溫度。要想測得工件的真實溫度，有很多方法，這里介紹一種簡便易行的表面溫度計法 (Surface Thermomeer)。該溫度計的工作原理是，當(dāng)溫度計受熱，底部的彈簧將受熱膨脹，使指針推動定位指針旋轉(zhuǎn)，直到*高溫度。降溫的時候，彈簧收縮，指針反向旋轉(zhuǎn)，但定位指針維持在溫度位置不動，開門后，讀取定位指針指示的溫度，即為真空室內(nèi)加熱時，表面溫度計放置位置所曾達(dá)到的*高溫度值。 
8 離子蒸發(fā)及濺射源 
多弧鍍的蒸發(fā)源一般為圓餅形，俗稱圓餅靶，近幾年也出現(xiàn)了長方形的多弧靶，但未見有明顯效果。圓餅靶裝在銅靶座(陰極座)上面，兩者為羅紋連接。靶座中裝有磁鐵，通過前后移動磁鐵，改變磁場強度，可調(diào)整弧斑移動速度及軌跡。為了降低靶及靶座的溫度，要給靶座不斷通入冷卻水。為了保證靶與靶座之間的高導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，還可以在靶與靶座之間加錫(Sn)墊片。磁控濺射鍍膜一般采用長方形或圓柱形靶材， 
9 水冷系統(tǒng) 
因為工模涂層時，為了提高金屬原子的離化率，各個陰極靶座都盡可能地采用大的功率輸出，需要充分冷卻；而且，工模涂層中的許多種涂層，加熱溫度為 400~500oC，因此，對真空室壁、對各個密封面的冷卻也很重要 ， 所以冷卻水采用18~20oC 左右的冷水機(jī)供水。 
為了防止開門后，低溫的真空室壁、陰極靶與熱的空氣接觸析出水珠，在開門前的10 分鐘左右，水冷系統(tǒng)應(yīng)有能力切換到供熱水狀態(tài)，熱水溫度約40~45oC。 

十四、工模具PVD 的工作步驟 
工模具 PVD 基本工藝流程可簡述為：IQC→前處理→PVD→FQC，分別介紹如后。 
1 IQC 
IQC(InQuality Control)的主要工作除了常規(guī)的清點數(shù)量 ，檢查圖紙與實物是否相符外，還須仔細(xì)檢查工件表面，特別是刃口部位有無裂紋等缺陷。有時對于一些刀具、刀粒的刃口，在體式顯微鏡下觀察，更方便發(fā)現(xiàn)問題；另外，IQC 的人員還要注意檢查待鍍膜件有無塑膠、低熔點的焊料等，這些東西如果因漏檢而混入鍍膜程序，則將在真空室內(nèi)嚴(yán)重放氣，輕者造成整批產(chǎn)品脫涂層，重者使原本 OK 的產(chǎn)品報廢，后果不堪設(shè)想。 
2 前處理工藝(蒸汽噴砂、拋光、清洗) 
前處理的目的是凈化或粗化工件表面。 凈化就是要去除各種表面玷污物，制備潔凈表面。通常使用各種凈化劑，借助機(jī)械、物理或化學(xué)的方法進(jìn)行凈化。 
粗化與光蝕相反，其目的在于制備粗糙的表面以提高噴涂 層或涂料裝飾的結(jié)構(gòu)強度。 
我們現(xiàn)在已有的前處理主要方法為：高溫蒸洗、清洗、噴砂、打磨、拋光等方法。 
高溫蒸洗
目前，PVD 車間常用的高溫蒸洗設(shè)備是蒸汽。它的工作溫度可達(dá) 145度，氣壓在 3~5 巴左右。由于模具中經(jīng)常帶有一些細(xì)小孔、螺紋孔，孔內(nèi)中常常有油污、殘余冷卻液等雜質(zhì)，用常規(guī)清洗的方法難以除去。此時，高溫蒸洗設(shè)備便可大程度的發(fā)揮它的優(yōu)越性。 
清洗 
十五、各廠工模涂層前清洗程序大致如下： 
1.超聲波除蠟→2.過水→3. 超聲波除油→4.過水→5. 超聲波自換→6.過水→7.過純水→8.強風(fēng)干燥
具體實施時，與我們所熟悉的裝飾涂層前的清洗又有許多不同。這是因為裝飾涂層的底材大多為不銹鋼或鈦合金，不容易生銹。此外，裝飾涂層對水印、點痣等缺陷是不允許的。因此，裝飾涂層對純水的水質(zhì)要求極高，甚至要達(dá)到 15MΩ 以上。要保證清洗的高質(zhì)量，可以通過反復(fù)清洗，并在高質(zhì)量的純水加超聲波中長時間浸泡來得到。但是，工模的清洗就不同，尤其是一些熱做模具鋼，如果像裝飾涂層那樣去清洗，就會銹得一塌糊涂。 
由于工模涂層的原始表面狀態(tài)，除了一些高標(biāo)準(zhǔn)的鏡面模具以外，一般較裝飾涂層要粗糙，因而，對涂層后的表面狀態(tài)的要求也不象裝飾涂層那樣高，這就允許我們采取快速過水，用干燥、無油的壓縮空氣吹干，然后對工模強風(fēng)干燥的方法來處理。而那些高標(biāo)準(zhǔn)的鏡面模具，一般均為136 等不銹鋼，可以借用裝飾涂層的清洗法。
總而言之，工模涂層前的清洗方法因工模所使用的材料的不同而不同，因工模涂層前的表面狀態(tài)的不同而不同，且不可千篇一律。下面是幾種材料生銹由難到易的排序，供參考：
不銹鋼、硬質(zhì)合金、金屬陶瓷合金、DC53、高速鋼、8407 有一種自動清洗機(jī)型號為 CR288，產(chǎn)自德國。該機(jī)一次清洗量為 80KG，主要用于清洗刀具、小型零部件、或小尺寸的模具。它共有三個清洗缸，里面的溶液分別為自來水+清洗劑、自來水、去離子水。除了常見的超聲波、大水沖洗、噴淋、擺動、熱風(fēng)干燥等功能外，該機(jī)另外一個優(yōu)點是*后設(shè)有抽真空步驟，可以使水分盡快揮發(fā)掉。
自動清洗機(jī)內(nèi)存十種工藝，均由供方預(yù)先設(shè)定。一至九可分別用于不同類型的產(chǎn)品、不同的表面狀態(tài)的凈化處理。第十種用于加注清洗劑。 
噴砂
噴砂法是借助壓縮空氣使磨料強力沖刷工件表面，從而去除銹蝕、積碳、焊渣、氧化皮、殘鹽、舊漆層等表面缺陷。按磨料使用條件，噴砂分為干噴砂與濕噴砂兩類。
噴砂的工藝參數(shù)主要有傾角、裝夾臺旋轉(zhuǎn)速度、移動速度、行程、往返次數(shù)、噴砂時間、噴砂氣壓。我們已使用過的參數(shù)有槍距：30~70mm; 傾角 30~70?C; 裝夾臺旋轉(zhuǎn)速度 10~30；往返次數(shù) 3~9 次；噴砂氣壓：1.8~3.5 巴等。具體操作時，根據(jù)工件表面臟污程度，工件硬度，工件表面幾何形狀等因素，選取上下限。我們在干噴砂機(jī)中所選用的磨料為玻璃珠，適合噴一些硬度介中的材料，如油鋼、模具等；在液體噴砂機(jī)中所選用的磨料為氧化鋁，硬度較高，適合噴一些硬度高的材料，如硬質(zhì)合金材料。對于工模涂層而言，噴砂所使用的磨料粒度也很重要。如果磨料粒度過大，則工件表面太粗糙；如果磨料粒度太小，又會降低打擊力度，甚至嵌在工件表面，清洗難以去除，從而使工件涂層附著力降低。為此，歐洲一些國家，對工模涂層前噴砂所用磨料粒度做過仔細(xì)研究，嚴(yán)格到必須保證 85%以上的晶粒度在中 A、B 兩點范圍內(nèi)才能使用。相比之下，我國磨料的供應(yīng)商還缺乏這方面的共識，我們也很少有做這方面的檢驗。 
PVD 涂層工藝(加熱、離子清洗、涂層、冷卻、工藝氣體、氣壓、溫度、濺射功率) 
FQC 
FQC 的英文全拼為：“Function Quality Control”，意思是功能 質(zhì) 量 控 制 ， 它有別與一般意義上的 OQC(Out Quality Control) 。FQC 的內(nèi)容主要包括外觀檢查、層深檢查、附著力檢查、耐磨性檢查、抗蝕性檢查、模擬性測試等方法。我廠目前應(yīng)用的主要有外觀檢查、層深檢查和附著力檢查。
由于我們所接觸的產(chǎn)品大多都是不允許做破壞性檢查的，因而我們在鍍膜時，每批都會放進(jìn)隨批試樣。做層深檢查和附著力檢查的時候，大多數(shù)情況下，實際上是對隨批試樣進(jìn)行檢查。因為試樣與產(chǎn)品在原材料、熱處理狀態(tài)、裝夾位置等方面都難于一致，所以這樣檢測出的結(jié)果，與產(chǎn)品實際值會有一定的誤差。有時可能還會有相當(dāng)大的誤差，只能做參考使用。當(dāng)然，必要的時候，我們也可以通過制作模擬件，達(dá)到準(zhǔn)確測量的目的。 
外觀檢查
對于開門取件后的產(chǎn)品，應(yīng)仔細(xì)檢查表面有無裂紋、掉涂層、疏松等缺陷。對于刀具、刀粒，還需在顯微鏡下仔細(xì)檢查它們的刃口狀態(tài)。 
層深檢查
層深檢查有切片金相觀察法、X-ray檢查法、用單色光做光源的光學(xué)測試法、球磨儀測試法等多種方法。工模涂層的層深檢查是在球磨儀上進(jìn)行的。方法是先用直徑為 10mm 的鋼球與測試表面滾磨，然后在顯微鏡下測量磨痕的有關(guān)數(shù)據(jù)，帶入公式中，即可方便算出層深。
這種層深檢查法的特點是：方便適用，誤差稍大。但這種誤 差應(yīng)用于工模上面影響不會太大。有興趣的同事還可參閱有關(guān)的說明書。
附著力的檢查方法有很多，各個廠根據(jù)自己產(chǎn)品的特點，都制定了相應(yīng)的檢測方法。其中，比較嚴(yán)格的方法有兩種，一種是在洛氏硬度計上，以圓錐型金剛石壓頭做壓痕試驗，在顯微鏡下觀察，以壓痕周邊裂紋的多少來判斷涂層附著力的高低。該方法對金剛石壓頭的形狀要求很高，不但嚴(yán)格要求中心點在圓的中心，而且金剛石圓錐的圓度必須十分規(guī)則。遺憾的是，目前，我國還沒有它的國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；另一種方法是劃痕法，我國有些涂層發(fā)起較早的科研部門，也是采用的該方法，有專門的國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可供查詢。 
工裝夾具的處理 
涂后處理工藝(噴砂、涂脂技術(shù)) 
檢測技術(shù)(結(jié)合力的檢測、層深的檢測、酸蝕) 
涂層剝離技術(shù)(TiN/TiAlN的剝離技術(shù)、CrN/DLC/CrAlTiN 的剝離技術(shù)、硬質(zhì)合金的表面涂層剝離技術(shù)) 
涂層刀具的應(yīng)用技術(shù)(涂層的正確選擇、涂層刀具的正確使用 
涂層對刀具的優(yōu)化非常大，由于高速切削加工比傳統(tǒng)切削 加工所產(chǎn)生的溫度要高，應(yīng)用涂層，可以發(fā)揮其耐高溫、抗氧化及加硬材質(zhì)等作用。例如，氮化鉻(CrN)涂層可降低磨擦系數(shù)，改善光潔度及排屑情況。
 
十六、主要技術(shù)要求規(guī)范
1、在黑色、銀色、金色、普通的玫瑰色等傳統(tǒng)常規(guī)顏色之間進(jìn)行雙色PVD配對選擇； 
2、不允許在3D面上或者3D面之間進(jìn)行雙色PVD配對處理； 
3、可以在2D平面結(jié)構(gòu)上進(jìn)行雙色PVD設(shè)計；
4、就目前的技術(shù)條件而言，限于普通常規(guī)顏色，比如黑色、銀色、金色、普通的玫瑰色。在黑色、銀色、金色、普通的玫瑰色等傳統(tǒng)常規(guī)顏色之間進(jìn)行雙色PVD配對選擇；
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