PVD 镀膜

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Q1: 请问什么是PVD？
A1: PVD是英文Physical Vapor Deposition的缩写，中文意思是“物理气相沉积”，是指在真空条件下，用物理的方法使材料沉积在被镀工件上的薄膜制备技术。

& U) t# L+ d% I4 ?- m6 `. SQ2: 请问什么是PVD镀膜？ 什么是PVD镀膜机？
A2: PVD(物理气相沉积)技术主要分为三类，真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和真空离子镀膜。相对于PVD技术的三个分类，相应的真空镀膜设备也就有真空蒸发镀膜机、真空溅射镀膜机和真空离子镀膜机。
近十多年来，真空离子镀技术的发展是最快的，它已经成为了当代最先进的表面处理方法之一。 我们通常所说的PVD镀膜，指的就是真空离子镀膜；通常所说的PVD镀膜机，指的也就是真空离子镀膜机。

Q3: 请问PVD镀膜的具体原理是什么？
A3: 离子镀膜（PVD镀膜）技术，其原理是在真空条件下，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并使被蒸发物质电离，在电场的作用下，使被蒸发物质或其反应产物沉积在工件上。
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Q4: 请问PVD镀膜与传统的化学电镀（水电镀）相比有何优点？
A4: PVD镀膜与传统的化学电镀的相同点是，两者都属于表面处理的范畴，都是通过一定的方式使一种材料覆盖在另一种材料的表面。
) C. J7 T' g" m6 o9 E6 b5 L两者的不同点是：PVD镀膜膜层与工件表面的结合力更大，膜层的硬度更高，耐磨性和耐腐蚀性更好，膜层的性能也更稳定；PVD镀膜可以镀的膜层的种类更为广泛，可以镀出的各种膜层的颜色也更多更漂亮；PVD镀膜不会产生有毒或有污染的物质。
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Q5: 请问PVD镀膜能否代替化学电镀？
A5: 在现阶段，PVD镀膜是不能取代化学电镀的，并且除了在不锈钢材料表面可直接进行PVD镀膜外，在很多其他材料（如锌合金、铜、铁等）的工件上进行PVD镀膜前，都需要先对它们进行化学电镀Cr(铬)。PVD镀膜主要应用在一些比较高档的五金制品上，对那些价格较低的五金制品通常也只是进行化学电镀而不做PVD镀膜。
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2 N. K# [) u. Y# o# P3 xQ6: 请问采用PVD镀膜技术镀出的膜层有什么特点？
A6: 采用PVD镀膜技术镀出的膜层，具有高硬度、高耐磨性（低摩擦系数）、很好的耐腐蚀性和化学稳定性等特点，膜层的寿命更长；同时膜层能够大幅度提高工件的外观装饰性能。
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Q7: 请问PVD能在镀在什么基材上？
* w" c' O" Q4 ^A7: PVD膜层能直接镀在不锈钢以及硬质合金上，对锌合金、铜、铁等压铸件应先进行化学电镀铬，然后才适合镀PVD。

Q8: 请问PVD镀膜能够镀出的膜层种类有那些？
A8: PVD镀膜技术是一种能够真正获得微米级镀层且无污染的环保型表面处理方法，它能够制备各种单一金属膜（如铝、钛、锆、铬等）、氮化物膜（TiN[钛金]、ZrN〔锆金〕、CrN、TiAlN）和碳化物膜（TiC、TiCN），以及氧化物膜（如TiO等）。

. [7 _- @! g5 }% G' V3 uQ9: 请问PVD镀膜膜层的厚度是多少？
5 Z, \, ^  ^2 d. b  FA9: PVD镀膜膜层的厚度为微米级，厚度较薄，一般为0.1μm～5μm，其中装饰镀膜膜层的厚度一般为0.1μm~1μm，因此可以在几乎不影响工件原来尺寸的情况下提高工件表面的各种物理性能和化学性能，并能够维持工件尺寸基本不变，镀后不须再加工。

% K5 p4 s' _/ P; K# S# iQ10: 请问PVD镀膜能够镀出的膜层的颜色有哪些？
A10: 我们目前能够做出的膜层的颜色有深金黄色，浅金黄色，咖啡色，古铜色，灰色，黑色，灰黑色，七彩色等。通过控制镀膜过程中的相关参数，可以控制镀出的颜色；镀膜结束后可以用相关的仪器对颜色值进行测量，使颜色得以量化，以确定所镀出的颜色是否满足要求。
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Q11: 请问目前PVD镀膜技术主要应用在哪些行业？
A11: PVD镀膜技术的应用主要分为两大类：装饰镀和工具镀。装饰镀的目的主要是为了改善工件的外观装饰性能和色泽同时使工件更耐磨耐腐蚀延长其使用寿命；这方面主要应用五金行业的各个领域，如门窗五金、锁具、卫浴五金等行业。工具镀的目的主要是为了提高工件的表面硬度和耐磨性，降低表面的摩擦系数，提高工件的使用寿命；这方面主要应用在各种刀剪、车削刀具（如车刀、刨刀、铣刀、钻头等等）等产品中。
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2 L: H) J7 o+ tQ12: 请问PVD镀膜的成本是不是很高？
8 S* Q* i! F1 r! X4 fA12: 虽然使用PVD镀膜技术能够镀出高品质的膜层，但是PVD镀膜过程的成本其实并不高，它是一种性价比非常高的表面处理方式，所以近年来PVD镀膜技术发展得非常快。PVD镀膜已经成为五金行业表面处理的发展方向。

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涂层刀具是在强度和韧性较好的硬质合金或高速钢(HSS)基体表面上，利用气相沉积方法涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物(也可涂覆在陶瓷、金刚石和立方氮化硼等超硬材料刀片上)而获得的。涂层作为一个化学屏障和热屏障，减少了刀具与工件间的扩散和化学反应，从而减少了月牙槽磨损。涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、摩擦因数小和热导率低等特性，切削时可比未涂层刀具提高刀具寿命3~5倍以上，提高切削速度20%~70%，提高加工精度0.5~1级，降低刀具消耗费用20%~50%。因此，涂层刀具已成为现代切削刀具的标志，在刀具中的使用比例已超过50%。目前，切削加工中使用的各种刀具，包括车刀、镗刀、钻头、铰刀、拉刀、丝锥、螺纹梳刀、滚压头、铣刀、成形刀具、齿轮滚刀和插齿刀等都可采用涂层工艺来提高它们的使用性能。
7 o6 [+ f( a3 {, `  涂层刀具有四种：涂层高速钢刀具，涂层硬质合金刀具，以及在陶瓷和超硬材料(金刚石或立方氮化硼)刀片上的涂层刀具。但以前两种涂层刀具使用最多。在陶瓷和超硬材料刀片上的涂层是硬度较基体低的材料，目的是为了提高刀片表面的断裂韧度(可提高10%以上)，可减少刀片的崩刃及破损，扩大应用范围。
  涂层方法  
% [* L" \! D( i5 c  目前生产上常用的涂层方法有两种：物理气相沉积(PVD) 法和化学气相沉积(CVD) 法。前者沉积温度为500℃，涂层厚度为2~5µm；后者的沉积温度为900℃~1100℃，涂层厚度可达5~10µm，并且设备简单，涂层均匀。因PVD法未超过高速钢本身的回火温度，故高速钢刀具一般采用PVD法，硬质合金大多采用CVD法。硬质合金用CVD法涂层时，由于其沉积温度高，故涂层与基体之间容易形成一层脆性的脱碳层(η相)，导致刀片脆性破裂。近十几年来，随着涂覆技术的进步，硬质合金也可采用PVD法。国外还用PVD/CVD相结合的技术，开发了复合的涂层工艺，称为PACVD法(等离子体化学气相沉积法)。即利用等离子体来促进化学反应，可把涂覆温度降至400℃以下(目前涂覆温度已可降至180℃~200℃)，使硬质合金基体与涂层材料之间不会产生扩散、相变或交换反应，可保持刀片原有的韧性。据报道，这种方法对涂覆金刚石和立方氮化硼(CBN)超硬涂层特别有效。  
  用CVD法涂层时，切削刃需预先进行钝化处理(钝圆半径一般为0.02~0.08mm，切削刃强度随钝圆半径增大而提高)，故刃口没有未涂层刀片锋利。所以，对精加工产生薄切屑、要求切削刃锋利的刀具应采用PVD法。涂层除可涂覆在普通切削刀片上外，还可涂覆到整体刀具上，目前已发展到涂覆在焊的硬质合金刀具上。据报道，国外某公司在焊接式的硬质合金钻头上采用了PCVD法，结果使加工钢料时的钻头寿命比高速钢钻头长10倍，效率提高5倍。  
  金刚公司推出的各种新型涂层  
涂　层  颜　色  硬　度HV  厚　度µm  摩擦系数  最高使用温度℃  说　明
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( J3 n: p6 P4 O: y* t  u% R, YZrCN复合  兰灰    2500      1-4       0.3     550   通用性强
TiN单层   金黄    2300      1-4       0.4     500   高性价比涂层  
TiAlN复合 紫色    3200      1-4       0.5     800   通用性强
; o1 ^) k. t9 g: ~" z; lAlTiN复合  黑     3400      1-4       0.5     900   高速、高硬度加工
TiAlCrN   亚黑    3500      1-4       0.6     1000  特殊加工领域   
# j" K+ d& _3 n. y$ sTiCN渐层  灰黑    3000      1-4       0.4     400   高韧性通用涂层  
3 |) V' @; N( `* K5 wCrN渐层   银亮    2000      3-15      0.5     700   适用加工铜、钛、模具  
DLC       黑彩  1000~4000   0.5-2     0.05    400   适用于有色金属、石墨、塑胶  
5 e( ^  S8 J& \2 U" r  涂层材料  
8 g- m0 C) l* @* \7 D- D  涂层材料须具有硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、不与工件材料发生化学反应、耐热耐氧化、摩擦因数低，以及与基体附着牢固等要求。显然，单一的涂层材料很难满足上述各项要求。所以硬质涂层材料已由最初只能涂单一的TiC、TiN、Al2O3，进入到开发厚膜、复合和多元涂层的新阶段。新开发的TiCN、TiAlN、TiAlN多元、超薄、超多层涂层与TiC、TiN、Al2O3等涂层的复合，加上新型的抗塑性变形基体，在改善涂层的韧性、涂层与基体的结合强度、提高涂层耐磨性方面有了重大进展。目前，又突破了在硬质合金基体上涂覆金刚石薄膜技术，全面提高了刀具的性能。  
& u4 D: D0 m, o: [/ {  工艺最成熟和应用最广泛的硬质涂层材料是TiN，但TiN与基体结合强度不及TiC涂层，涂层易剥落，且硬度也不如TiC高，在切削温度较高时膜层易氧化而被烧蚀。TiC涂层有较高的硬度与耐磨性，抗氧化性也好，但其性脆，不耐冲击。TiCN兼有TiC和TiN两种材料的优点，它在涂覆过程中可通过连续改变C、N的成份控制TiCN性质，并形成不同成份的多层结构，可降低涂层的内应力，提高韧性，增加涂层的厚度，阻止裂纹的扩展，减少崩刃。所以，目前生产的一些刀片，如瑞典Sandvik公司推荐用于加工钢料的GC4000系列刀片、中国株洲硬质合金厂生产的CN系列刀片、日本东芝公司的T715X和T725X涂层刀片中均有TiCN涂层成份。TiCN基涂层适于加工普通钢、合金钢、不锈钢和耐磨铸铁等材料，用它加工工件时的材料切除率可提高2~3倍。  
4 k' `$ M9 O: E+ n+ \# K0 w8 Z  TiAlN、CrN、TiAlCrN是近几年来开发的硬质涂层新材料。TiAlN涂层刀片已商品化。它的化学稳定性和抗氧化磨损性能好，用其加工高合金钢、不锈钢、钛合金和镍合金时的刀具寿命可比TiN涂层高3~4倍。此外，TiAlN涂层中如果有合适的铝浓度，切削时在刀具前刀面和切屑的界面上还会产生一层硬质的惰性保护膜，该膜有较好的隔热性，可更有效地用于高速切削。例如，美国Kennametal公司推出的H7刀片，系TiAlN涂层，是专为高速铣削合金钢、高合金钢和不锈钢等高性能材料而设计的。CrN是一种无钛涂层，适于切削钛和钛合金、铜、铝以及其它软材料，化学稳定性好，不产生粘屑。TiAlCrN是一种梯度结构涂层，不仅具有高的韧性和硬度，而且摩擦因数也较小，适用于铣刀、滚刀、丝锥等多种刀具，切削性能明显优于TiN。  
* u* o8 A5 B9 k5 r/ m  德国某公司开发了Supernitride涂层系列，其中超级氮化钛涂层有很高的含铝量，可形成稳定的氧化层(氧化温度达1000℃)，它比一般的TiAlN涂层更硬、更致密、更耐高温，适用于高速切削、干式切削和硬切削的刀具，可加工硬度高达58HRC以上的淬火钢。  
: w0 x9 N7 z( p, _' h/ q  此外，纳米超薄膜涂层工艺已日趋成熟。据报道，日本某公司推出了一种高速强力型钻头，它是在韧性好的K类(WC+Co)硬质合金基体上交互涂覆了1,000层TiN和AlN超薄膜涂层，涂层厚度约2.5µm。使用表明，该钻头的抗弯强度与断裂韧性可大幅度提高，其硬度则与CBN相当，刀具寿命可提高2倍左右。该公司还开发出ZX涂层立铣刀，超薄膜镀层数达2,000层，每层厚度约1nm，用该立铣刀加工60HRC的高硬度材料，刀具寿命远高于TiCN和TiAlN涂层刀具。第八届中国国际机床展览会(CIMT2003)上，瑞士某公司推出的纳米结构涂层(AITiN/SiN) 立铣刀，其涂层硬度为45GPa，氧化温度1100℃，切削对比试验表明，其寿命比TiN涂层立铣刀高3倍，比TiAlCN涂层立铣刀高2倍。除上述AITiN/SiN、TiAlCN新涂层外，还有特定功能的涂层，如MoS2、DLC润滑涂层，其摩擦因数小(0.05)，适于涂覆丝锥、钻头等刀具，可改善排屑性能，或者作为复合涂层的表面涂层，减少切屑的粘结。

xtiveco

了解很多。但有一点不明白：楼主讲了怎么多还不知道表层镀的是什么金属？

gaoyns

这涂层是利用气相沉积方法在硬质合金或高速钢的基体上涂覆一薄层耐磨性好、难熔的金属或非金属化合物，例如陶瓷、金刚石和立方氮化硼等超硬材料。

d281588413

可以镀很多金属，比如CR，TI 等，具体选择什么金属要看客户的要求了！！

gartu

一般来说工具上镀的是金属化合物

lucky007

我想请教一下楼主提到的Q9，就是我们的不锈钢件加工过后表面粗糙度为Ra0.2，如果镀层后表面质量能得到保证吗？