（压铸模）PVD涂层延长模具使用寿命及其解决方案

PVD纳米涂层

PVD (Physical Vapor Deposition)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的表面涂层。
PVD涂层的物理特性及与之相对应的优点包括：
● 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、成型的润滑问题；
● 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的钴元素流失；改善压铸出现   的热龟裂问题；  
● 厚度可控制在1μm以内 ：涂层后不影响产品的最终尺寸。
   
PVD涂层在模具中的应用

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。例如所生产的塑料中带有纤维，容易磨损模具表面，或脱模时需要提高润滑的性能。PVD涂层由于其独有的润滑性及超高的硬度，可以大大改善生产过程中所遇到的上述问题。

铍铜模具或镶件
  
    铍 铜的特点是散热快，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 的磨损、报废或修磨的成本都很高。基于硬度无法超过洛氏硬度40，所以，表面磨损是其碰到的比较严重的问题。  
考虑到硬度及铍铜的特性，涂层公司特别为铍铜模具或镶件设计了一套完善的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的特性。

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的选择等方面的要求都很 高。在选材方面，基于外壳的高保护性能及内部的高强度，一般采用PC+ABS+玻纤材料。而该材料对模具的磨损性或腐蚀性高，所以模具的磨损比较快，而维 修精密模具的价格也较高。  此外，塑料模具一般采用低温回火，因此，所有高温处理的PVD涂层都不适合。在这种情况下，CrNC是最好的选择。CrNC 抗化学腐蚀能力强，而且它的硬度也不低于HV2000，足以应付塑料生产所要求的硬度，是塑料模具最佳的选择。  而精密模具镶件的特点是误差小、深槽 多，要做到不变形及涂层的均衡并不容易。涂层公司对塑料模具的应用了如指掌，应用CrNC涂层为客户解决模具磨损的问题。

1、 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的制品，其模具在高速生产的情况下，对表面的要求特别高，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-Gold PVD涂层处理来增强模具表面的硬度，并提高润滑脱模能力。由于PVD涂层的高硬度及良好的润滑性能，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、质量的情况下，不断降低汽车的总重量，从而达到省油的目的。工程塑料质轻且强度高，是汽车零部件的良好材料。但如 果碰到生产诸如尼龙或加玻纤的工程塑料产品时，不管是什么类型的模具钢材，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涂层的好处后，其所有生产尼龙汽车配件的模具均采用了PVD涂层，从而提高了模具的使用寿 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。常用的冲压配件，如冲棒，经常与被加工材料摩擦。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  五金冲压通过剪切的原理，把五金薄片冲成不同的形状。根据其加工过程，磨损、塑性变型、崩角都是其破坏的机理，所以最理想的冲压模具必须同 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。  基于模具钢材的物理性能限制，例如常用的D2材料，其硬度超过 HRc62，因此采用TiCN-MP PVD涂层是提高表面抗磨损的最好办法，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的帮 助作用。不过，塑性变型还需要基体的硬度来承担。冲棒是冲压常用的模具，一般采用TiN-Mirror和TiCN-MP涂层。

2、 五金成型模具  良好的五金拉伸模具要求硬度高，兼有润滑性能良好的表面。一般的冷作钢可以达到HRc62，但钢材表面润滑度低，PVD涂层可以满足这两方面的要求。TiCN是很好的拉伸涂层，其硬度可达到Hv3700，但摩擦系数可低于0.2。   

压铸模具

压 铸模具的生产条件最严苛，在高温的金属溶液，通过高压力注射，并且模具表面不停的热胀冷缩，导致压铸模具的使用寿命很短，在生产时不停的需要修模、维护。 PVD TiAlN-F3涂层可以解决部分压铸模具碰到的问题，但延长其寿命的效果比刀具要相对差些。涂层公司针对此问题研发了PVD涂层前处理的新技 术，在改善液体金属粘模和热龟裂方面取得了一定的成绩。
  
对PVD涂层特性的几点认识 ：

◆ 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的成本，约占模具总成本的10%左右。但如果以生产每一件制品的总成本计算的话，因为涂层的功效，延长了模具几倍的寿命，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，那么每一件产品的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的（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，主要是针对平行的摩擦，所以基体的硬度是非常重要的。冲压 模具对温度要求是55℃以上，塑胶模具对温度的要求为30℃以上。如果冲压模具的硬度达不到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的硬度。

◆ 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℃）的状态下进行处理的，如在这温度下材料便熔化或变软的话（例如：锌），便不能做PVD涂层。一般的模具钢和硬质合金并不存在这样的问题。  

◆ 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涂层厚度与基体的结合力成反比的关系，所以两者衡量之下，PVD涂层不能太厚。经验证，1～4μm是最适合的涂层厚度。
  
◆ PVD涂层和镀铬、镀镍的原理是否相同？
镀铬和镀镍是通过普通的电解原理制造的涂层，但PVD涂层是通过等离子体的沉积技术。PVD涂层可以在1～10μm的范围，控制精度在0.5μm以内，而电镀工艺绝对无法达到这样的范围。镀铬的硬度约为Hv1000，而PVD涂层硬度可达到Hv4000以上
   
成功案例分享

1) A公司-塑胶模具  

A 公司创建于1988年，是港资精密模具制造集团公司，精密塑胶模具的龙头企业之一。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的综合 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强企业提供一站式的、一流的产品及服务。  
A公司最近有一批汽车空调配件的模具，在注塑时出现以下问题：
1. 表面的坑纹，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PVD NF1涂层，涂层后粘胶及脱模困难的问题已完满解决。

A公司对科汇涂层产品的评价如下:  

1. 解决了模具粘胶的问题。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；经使用改良后的NF1涂层后，5天才落机大清理一次；
2. 解决了模具出模困难的问题；
3. 减少了停机及减少省模时间；   
4. 提高了成品的质量及稳定性。模具的使用寿命大大增加。生产效率大大提高。

2) 火花纹Texture Gold及高光Mirror Gold模具-,  

纳米涂层的Texture-Gold及Mirror-Gold涂层应用于塑胶模具的产品表面有花纹及高光洁度要求的模具上，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的影响。

3) IC模具上的应用  
  
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)的封胶(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
涂层前后比较： 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的效果十分满意。

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