pvd技術

1、PVD技術簡介1.真空涂層技術的發(fā)展真空涂層技術起步時間不長，國際上在上世紀六十年代才出現(xiàn)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1000C)，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。到了上世紀七十年代末，開始出現(xiàn)PVD(物理氣相沉積)技術，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涂層技術得到迅猛發(fā)展，究其原因，是因為其在真空密封的腔體內成膜

2、，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，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(xiàn)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

3、用范圍十分廣闊，其發(fā)展神速也就不足為奇。真空涂層技術發(fā)展到了今天還出現(xiàn)了PCVD(物理化學氣相沉積)、MTCVD(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(xiàn)出百花齊放，百家爭鳴的喜人景象。與此同時，我們還應該清醒地看到，真空涂層技術的發(fā)展又是嚴重不平衡的。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，但能夠生產工模涂層的廠家并不多。

4、再加上刀具、模具涂層售后服務的欠缺，到目前為止，國內大多數(shù)涂層設備廠家都不能提供完整的刀具涂層工藝技術(包括前處理工藝、涂層工藝、涂后處理工藝、檢測技術、涂層刀具和模具的應用技術等)，而且，它還要求工藝技術人員，除了精通涂層的專業(yè)知識以外，還應具有扎實的金屬材料與熱處理知識、工模涂層前表面預處理知識、刀具、模具涂層的合理選擇以及上機使用的技術要求等，如果任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會給使用者產生使用效果不理想這樣的結論。所有這些，都嚴重制約了該

5、技術在刀具、模具上的應用。另一方面，由于該技術是一門介乎材料學、物理學、電子、化學等學科的新興邊緣學科，而國內將其應用于刀具、模具生產領域內的為數(shù)不多的幾個骨干廠家，大多走的也是一條從國外引進先進設備和工藝技術的路子，尚需一個消化、吸收的過程，因此，國內目前在該領域內的技術力量與其發(fā)展很不相稱，急需奮起直追。2.PVD涂層的基本概念及其特點PVD是英文“PhysicalVapDeposition”的縮寫形式，意思是物理氣相沉積。我們現(xiàn)在

6、一般地把真空蒸鍍、濺射鍍膜、離子鍍等都稱為物理氣相沉積。較為成熟的PVD方法主要有多弧鍍與磁控濺射鍍兩種方式。多弧鍍設備結構簡單，容易操作。它的離子蒸發(fā)源靠電焊機電源供電即可工作，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

7、屬離子離化率高，薄膜與基體之間結合力強的優(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，當涂層厚度達到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?？梢?，多弧鍍膜與磁控濺射法鍍膜各有優(yōu)劣

8、，為了盡可能地發(fā)揮它們各自的優(yōu)越性，實現(xiàn)互補，將多弧技術與磁控技術合而為一的涂層機應運而生。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，最后再利用多弧鍍達到最終穩(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)了熱陰極電子槍蒸發(fā)離子鍍、熱陰極弧磁控等離子鍍膜機，應用效果很好，使TiN涂層刀具很快得到普及性應用。其中熱陰極電子槍蒸發(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，利用電子槍增強離化率，不但

9、可以得到厚度3~5μm的TiN涂層，而且其結合力、耐磨性均有不俗表現(xiàn)，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電、導熱性，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，3.9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400~500C，因此，對真空室壁、對各個密封面的

10、冷卻也很重要，所以冷卻水最好采用18~20C左右的冷水機供水。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10分鐘左右，水冷系統(tǒng)應有能力切換到供熱水狀態(tài)，熱水溫度約為40~45C。4.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。4.1IQCIQC(InQualityControl)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，還須仔細檢查工件表

11、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，則將在真空室內嚴重放氣，輕者造成整批產品脫涂層，重者使原本OK的產品報廢，后果不堪設想。4.2前處理工藝(蒸汽槍、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，借助機械、物

12、理或化學的方法進行凈化。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構強度。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。4.2.1高溫蒸洗目前，PVD車間常用的高溫蒸洗設備是蒸汽槍。它的最大工作溫度可達145C，氣壓在3~5巴左右。由于模具中經常帶有一些細小孔、螺紋孔，孔內中常常有油污、殘余冷卻液等雜質，用常規(guī)清洗的方法難以除去。此時，高溫蒸洗設備便可最大程度的發(fā)揮它的優(yōu)越性。4.2.2

13、清洗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、點痣等缺陷是絕對不允許的。因此，裝飾涂層對純水的水質要求極高，甚至要達到15MΩ以上。要保證清洗的高質量，可以通過反復清洗，并在高質量的純水加超聲波中長時間浸泡來得到。

14、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)，除了一些高標準的鏡面模具以外，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，然后對工模強風干燥的方法來處理。而那些高標準的鏡面模具，一般均為136等不銹鋼，可以借用裝飾涂層的清洗法?？偠灾?，工模涂層前的清洗方法因工模所使用的材料的不同而不

15、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、硬質合金、金屬陶瓷合金、DC53、高速鋼、8407有一種自動清洗機型號為CR288，產自德國。該機一次最大清洗量為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、熱風干燥等功能外，該機另外一個優(yōu)點是最后設有抽真空步驟，可