科汇纳米PVD涂层延长模具使用寿命及其解决方案.docx

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科汇纳米PVD涂层延长模具使用寿命及其解决方案

PVD涂层延长模具使用寿命及其解决方案

科汇从2001年在香港成立以来推广PVD技术，经过十多年努力和发展，PVD涂层技术已处于国内领先地位。

现将PVD发展及实际应用例子发布。

PVD（PhysicalVaporDeposition）即物理气相沉积法，PVD涂层即是采用物理气相沉积方法制造表面涂层。

PVD涂层物理特性及及之相对应优点包括：

●硬度极高（超过Hv2000-Hv4500）：

代表耐磨性极好；

●摩擦系数低（DLC=0.1）：

改善拉伸五金冲压、成型润滑问题；

●耐高温（最高达到1200℃）：

不容易氧化，改善干切削和压铸成型问题；

●化学屏障/导热率低：

可有效防止因高温导致硬质合金刀具钴元素流失；改善压铸出现热龟裂问题；

●厚度可控制在1µm以内：

涂层后不影响产品最终尺寸。

PVD涂层在模具中应用

塑料模具

塑料模具由于要求较高，故其耐用性更加受到关注。

例如所生产塑料中带有纤维，容易磨损模具表面，或脱模时需要提高润滑性能。

PVD涂层由于其独有润滑性及超高硬度，可以大大改善生产过程中所遇到上述问题。

1、铍铜模具或镶件

铍铜特点是散热快，硬度一般可达到洛氏硬度40。

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，所以任何磨损、报废或修磨成本都很高。

基于硬度无法超过洛氏硬度40，所以，表面磨损是其碰到比较严重问题。

考虑到硬度及铍铜特性，涂层公司特别为铍铜模具或镶件设计了一套完善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特性。

2、精密模具或镶件

现今潮流消费性产品如数码相机、笔记本电脑、手机或PDA产品功能特别多，但外型则向娇小玲珑方向发展，故该类产品对精密度及材料选择等方面要求都很高。

在选材方面，基于外壳高保护性能及内部高强度，一般采用PC+ABS+玻纤材料。

而该材料对模具磨损性或腐蚀性高，所以模具磨损比较快，而维修精密模具价格也较高。

此外，塑料模具一般采用低温回火，因此，所有高温处理PVD涂层都不适合。

在这种情况下，CrNC是最好选择。

CrNC抗化学腐蚀能力强，而且它硬度也不低于HV2000，足以应付塑料生产所要求硬度，是塑料模具最佳选择。

而精密模具镶件特点是误差小、深槽多，要做到不变形及涂层均衡并不容易。

涂层公司对塑料模具应用了如指掌，应用CrNC涂层为客户解决模具磨损问题。

3、含尼龙或大批量生产模具

3.1）透明塑料瓶是典型大批量生产制品，其模具在高速生产情况下，对表面要求特别高，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-GoldPVD涂层处理来增强模具表面硬度，并提高润滑脱模能力。

由于PVD涂层高硬度及良好润滑性能，因此能缩短生产周期，提高产量。

3.2）现今汽车制造商正想方设法在不影响安全、质量情况下，不断降低汽车总重量，从而达到省油目。

工程塑料质轻且强度高，是汽车零部件良好材料。

但如果碰到生产诸如尼龙或加玻纤工程塑料产品时，不管是什么类型模具钢材，其表面磨损都特别厉害。

为了延长使用寿命，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涂层好处后，其所有生产尼龙汽车配件模具均采用了PVD涂层，从而提高了模具使用寿命。

五金模具

模具工业大致可以分为：

五金模具、塑胶模具、压铸模具三大类。

对五金模具而言，因五金行业一般需要在金属薄片上冲孔、褶弯成型等。

常用冲压配件，如冲棒，经常及被加工材料摩擦。

为了延长其使用寿命，绝大多数需要表面使用PVD涂层。

1、五金冲压模具

五金冲压通过剪切原理，把五金薄片冲成不同形状。

根据其加工过程，磨损、塑性变型、崩角都是其破坏机理，所以最理想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。

基于模具钢材物理性能限制，例如常用D2材料，其硬度超过HRc62，因此采用TiCN-MPPVD涂层是提高表面抗磨损最好办法，例如氮化钛PVD涂层表面硬度可达到HRc85，对解决磨损问题有直接帮助作用。

不过，塑性变型还需要基体硬度来承担。

冲棒是冲压常用模具，一般采用TiN-Mirror和TiCN-MP涂层。

2、五金成型模具

良好五金拉伸模具要求硬度高，兼有润滑性能良好表面。

一般冷作钢可以达到HRc62，但钢材表面润滑度低，PVD涂层可以满足这两方面要求。

TiCN是很好拉伸涂层，其硬度可达到Hv3700，但摩擦系数可低于0.2。

压铸模具

压铸模具生产条件最严苛，在高温金属溶液，通过高压力注射，并且模具表面不停热胀冷缩，导致压铸模具使用寿命很短，在生产时不停需要修模、维护。

PVDTiAlN-F3涂层可以解决部分压铸模具碰到问题，但延长其寿命效果比刀具要相对差些。

涂层公司针对此问题研发了PVD涂层前处理新技术，在改善液体金属粘模和热龟裂方面取得了一定成绩。

对PVD涂层特性几点认识

◆PVD涂层加工增加了模具制造成本，为何说降低了生产成本呢？

涂层是增加制造模具成本，约占模具总成本10%左右。

但如果以生产每一件制品总成本计算话，因为涂层功效，延长了模具几倍寿命，且脱模容易，停机维修模具时间减少等，把生产量提升一倍或缩短生产时间，那么每一件产品生产成本肯定降低很多。

◆PVD涂层硬度很高，那么基体钢材就不需要提高硬度了？

PVD涂层只是表面一层很薄（1～10µm）金属陶瓷涂层，它主要是提高表面硬度，增强表面耐磨性，主要是针对平行摩擦，所以基体硬度是非常重要。

冲压模具对温度要求是55℃以上，塑胶模具对温度要求为30℃以上。

如果冲压模具硬度达不到HRc60以上，基体就好像“豆腐”一样，马上会产生塑性变型。

因此，不会因为使用了涂层便降低了基体硬度。

◆任何材料都可以做PVD涂层吗？

PVD涂层是在高真空、低温（约200℃或400℃）状态下进行处理，如在这温度下材料便熔化或变软话（例如：

锌），便不能做PVD涂层。

一般模具钢和硬质合金并不存在这样问题。

◆涂层是否越厚越好？

涂层越厚其耐磨时间当然越长，但基于PVD涂层厚度及基体结合力成反比关系，所以两者衡量之下，PVD涂层不能太厚。

经验证，1～4µm是最适合涂层厚度。

◆PVD涂层和镀铬、镀镍原理是否相同？

镀铬和镀镍是通过普通电解原理制造涂层，但PVD涂层是通过等离子体沉积技术。

PVD涂层可以在1～10µm范围，控制精度在0.5µm以内，而电镀工艺绝对无法达到这样范围。

镀铬硬度约为Hv1000，而PVD涂层硬度可达到Hv4000以上。

成功案例分享

1）精英公司-塑胶模具

精英公司创建于1988年，是港资精密模具制造集团公司，精密塑胶模具龙头企业之一。

专业领域为制模、注塑、喷涂、电镀、丝移印、组装及包装全面服务综合型企业集团，产品五大产品事业群（优质生活、包装、汽车、配电、医疗事业群），致力于为世界500强企业提供一站式、一流产品及服务。

精英公司最近有一批汽车空调配件模具，在注塑时出现以下问题：

1.表面坑纹，由于坑纹十分细致，导致有粘胶及脱模困难。

2.为了保持成品质量,该模具要每2个小时清理模具一次。

3.产品质量难以保持，生产十分不便。

经使用PVDNF1涂层，涂层后粘胶及脱模困难问题已完满解决。

精英塑胶（珠海）有限公司对科汇涂层产品评价如下:

1.解决了模具粘胶问题。

原来2小时清理模具一次，使用CrNC涂层后2天清理模具一次；经使用改良后NF1涂层后，5天才落机大清理一次；

2.解决了模具出模困难问题；

3.减少了停机及减少省模时间；

4.提高了成品质量及稳定性。

模具使用寿命大大增加。

生产效率大大提高。

涂层前后模具每周维护次数比较

2）火花纹TextureGold及高光MirrorGold模具-,

纳米涂层Texture-Gold及Mirror-Gold涂层应用于塑胶模具产品表面有花纹及高光洁度要求模具上，加上涂层，而不影响及有效防止一般程式涂层涂后晒纹、火花纹变得不清晰，产品表面光亮度变暗影响。

Texture-Gold涂层对晒纹及花火纹影响：

Mirror-Gold涂层对晒纹及火花纹影响：

涂层模具

科汇公司目前能使用Texture和Mirror模式涂层有TiN、CrN-C、NF1，分别能满足耐磨、耐腐蚀、易脱模而不影响表面效果要求，从而能使模具在寿命及使用效率上得到大幅提高。

3）IC模具上应用

工业类型:

半导体–制作体积电路（IC）

产品工艺:

制作体积电路（IC）封胶（Molding）程序时,一般都使用注塑方式注射环氧树脂保护晶片及金属线.

改善要求:

模具上涂层，使模具寿命及脱模改善。

涂层名称:

CrN-C

涂层前后寿命对比

使用涂层后：

客户对涂层能提高模具寿命3倍以上及改善了脱模效果十分满意。