科汇纳米PVD涂层延长模具使用寿命及其解决方案

1、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 （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1200C）：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

2、钻元素流 失；改善压铸出现热龟裂问题； 厚度可控制在1®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、镀铜模具或镶件镀铜特点是散热快，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。镀铜价格昂贵，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。考虑到硬度及镀铜

3、特性，涂层公司特别为钺铜模具或镶件设计了一套完善 PVD涂层方案TiN-BeCu,提高了镀铜表面耐磨性，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

4、 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-Gold PVD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

5、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

6、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-MP PVD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

7、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。PVD TiAlN-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涂层特性儿点认识 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

8、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，延长了模具儿倍寿命，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（110Nm）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

9、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200c或400C）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，14Mm是最适合 涂层厚度。 PVD涂层和镀铭、镀银原理是否相同？镀铭和镀馍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110®范围，控制精度在0.5即1以内，而电镀工 艺绝对无法达到这样范围。镀格硬度

10、约为HvlOOO,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PVD NF

11、1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。涂有NF1涂层模件双色塑胶模具成品用于汽车空调上配件 塑胶材料:PBT,模具材料：S136,硬度:HRc 48-52没有涂L:CrNC涂星NF1涂笈o o o o O6 5 4 3 2涂层前后模具每周维护次数比较2）火花纹 Texture

12、 Gold 及高光 Mirror Gold 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：上方为 Texture-Gold 涂层后产品，下方为未 涂层产品，产品表面花 纹没有受到影响。Mirror-Gold涂层对晒纹及火花纹影响:未涂层镜面模生产产品表面效果Mirror-Gold程式涂层后生产产品表 面效果，光洁度没有改变。涂层模具寿命(%)没有涂层Texture - Gold涂层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