pvd技術(shù)

1、PVD技術(shù)簡(jiǎn)介1.真空涂層技術(shù)的發(fā)展真空涂層技術(shù)起步時(shí)間不長(zhǎng)，國(guó)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1000C)，涂層種類單一，局限性很大，因此，其發(fā)展初期未免差強(qiáng)人意。到了上世紀(jì)七十年代末，開(kāi)始出現(xiàn)PVD(物理氣相沉積)技術(shù)，為真空涂層開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)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?yàn)槠湓谡婵彰芊獾那惑w內(nèi)成膜

2、，幾乎無(wú)任何環(huán)境污染問(wèn)題，有利于環(huán)保；因?yàn)槠淠艿玫焦饬?、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(shí)現(xiàn)了低成本、高收益的效果；此外，PVD涂層技術(shù)具有低溫、高能兩個(gè)特點(diǎn)，幾乎可以在任何基材上成膜，因此，應(yīng)

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(shù)發(fā)展到了今天還出現(xiàn)了PCVD(物理化學(xué)氣相沉積)、MTCVD(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(zhēng)鳴的喜人景象。與此同時(shí)，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(duì)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。

4、再加上刀具、模具涂層售后服務(wù)的欠缺，到目前為止，國(guó)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(cè)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(shí)以外，還應(yīng)具有扎實(shí)的金屬材料與熱處理知識(shí)、工模涂層前表面預(yù)處理知識(shí)、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(wèn)題，都會(huì)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

5、技術(shù)在刀具、模具上的應(yīng)用。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(guó)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(gè)骨干廠家，大多走的也是一條從國(guó)外引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備和工藝技術(shù)的路子，尚需一個(gè)消化、吸收的過(guò)程，因此，國(guó)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。2.PVD涂層的基本概念及其特點(diǎn)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?cè)O(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guò)程也與電焊類似，具體地說(shuō)，在一定工藝氣壓下，引弧針與蒸發(fā)離子源短暫接觸，斷開(kāi)，使氣體放電。由于多弧鍍的成因主要是借助于不斷移動(dòng)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(jié)合力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。此外，多弧鍍涂層顏色較為穩(wěn)定，尤其是在做TiN涂層時(shí)，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(shí)，沉積率與反射率接近，成膜變得非常困難。而且，薄膜表面開(kāi)始變朦。多弧鍍另一個(gè)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(jiàn)，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(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，將多弧技術(shù)與磁控技術(shù)合而為一的涂層機(jī)應(yīng)運(yùn)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(dá)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(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(qiáng)離化率，不但

9、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)，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(zhǎng)方形或圓柱形靶材，3.9水冷系統(tǒng)因?yàn)楣つＭ繉訒r(shí)，為了提高金屬原子的離化率，各個(gè)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(duì)真空室壁、對(duì)各個(gè)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(jī)供水。為了防止開(kāi)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(kāi)門前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(jiǎn)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(diǎn)數(shù)量，檢查圖紙與實(shí)物是否相符外，還須仔細(xì)檢查工件表

11、面，特別是刃口部位有無(wú)裂紋等缺陷。有時(shí)對(duì)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(wèn)題；另外，IQC的人員還要注意檢查待鍍膜件有無(wú)塑膠、低熔點(diǎn)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(bào)廢，后果不堪設(shè)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(jī)械、物

12、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(qiáng)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(shè)備是蒸汽槍。它的最大工作溫度可達(dá)145C，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(shí)，高溫蒸洗設(shè)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(guò)水→3.超聲波除油→4.過(guò)水→5.超聲波自換→6.過(guò)水→7.過(guò)純水→8.強(qiáng)風(fēng)干燥具體實(shí)施時(shí)，與我們所熟悉的裝飾涂層前的清洗又有許多不同。這是因?yàn)檠b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(duì)水印、點(diǎn)痣等缺陷是絕對(duì)不允許的。因此，裝飾涂層對(duì)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(guò)反復(fù)清洗，并在高質(zhì)量的純水加超聲波中長(zhǎng)時(shí)間浸泡來(lái)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(huì)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(duì)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(guò)水，用干燥、無(wú)油的壓縮空氣吹干，然后對(duì)工模強(qiáng)風(fēng)干燥的方法來(lái)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?？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(zhì)合金、金屬陶瓷合金、DC53、高速鋼、8407有一種自動(dòng)清洗機(jī)型號(hào)為CR288，產(chǎn)自德國(guó)。該機(jī)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(gè)清洗缸，里面的溶液分別為自來(lái)水清洗劑、自來(lái)水、去離子水。除了常見(jiàn)的超聲波、大水沖洗、噴淋、擺動(dòng)、熱風(fēng)干燥等功能外，該機(jī)另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是最后設(shè)有抽真空步驟，可