【康沃真空網(wǎng)】涂層技術(shù)的發(fā)展
真空涂層技術(shù)起步時間不長，國際上在上世紀(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1000oC)，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，開始出現(xiàn)PVD(物理氣相沉積) 技術(shù)，為真空涂層開創(chuàng)了一個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，是因為其在真空密封的腔體內(nèi)成膜，幾乎無任何環(huán)境污染問題，有利于環(huán)保；
因為其能得到光亮、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、高能兩個特點，幾乎可以在任何基材上成膜，因此，應(yīng)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)、MT-CVD(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，百家爭鳴的喜人景象。
與此同時，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。再加上刀具、模具涂層售后服務(wù)的欠缺，到目前為止，國內(nèi)大多數(shù)涂層設(shè)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)知識以外，還應(yīng)具有扎實的金屬材料與熱處理知識、工模涂層前表面預(yù)處理知識、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)問題，都會給使用者產(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)不多的幾個骨干廠家，大多走的也是一條從國外引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備和工藝技術(shù)的路子，尚需一個消化、吸收的過程，因此，國內(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。
PVD 涂層的基本概念及其特點
PVD是英文“PhysicalVaporDeposition”的縮寫形式，意思是物理氣相沉積。我們現(xiàn)在一般地把真空蒸鍍、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。多弧鍍設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，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，其引弧的過程也與電焊類似，具體地說，在一定工藝氣壓下，引弧針與蒸發(fā)離子源短暫接觸，斷開，使氣體放電。由于多弧鍍的成因主要是借助于不斷移動的弧斑，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，更具有金屬離子離化率高，薄膜與基體之間結(jié)合力強(qiáng)的優(yōu)點。此外，多弧鍍涂層顏色較為穩(wěn)定，尤其是在做TiN涂層時，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，沉積率與反射率接近，成膜變得非常困難。而且，薄膜表面開始變朦。多弧鍍另一個不足之處是，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，多弧鍍膜與磁控濺射法鍍膜各有優(yōu)劣，為了盡可能地發(fā)揮它們各自的優(yōu)越性，實現(xiàn)互補，將多弧技術(shù)與磁控技術(shù)合而為一的涂層機(jī)應(yīng)運而生。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)，甚至用打磨的方法都難以除去。但是這些設(shè)備都只適合于TiN涂層，或純金屬薄膜。對于多元涂層或復(fù)合涂層，則力不從心，難以適應(yīng)高硬度材料高速切削以及模具應(yīng)用多樣性的要求。
目前，一些發(fā)達(dá)國家(如德國CemeCon、英國ART-TEER)在傳統(tǒng)的磁控濺射原理基礎(chǔ)上，用非平衡磁場代替原先的平衡磁場、50KHz的中頻電源代替原來的直流電源、脈沖電源取代以往的直流偏壓，采用輔助陽極技術(shù)等，使磁控濺射技術(shù)逐步成熟，已大批量應(yīng)用在工模涂層上，現(xiàn)在已穩(wěn)定生產(chǎn)的涂層主要有TiAlN、AlTiN、TiB2、DLC、CrN，我國廣東、江蘇、貴州、株洲等地也已陸續(xù)引進(jìn)此種設(shè)備，大有星火燎原之勢。
現(xiàn)代涂層設(shè)備(均勻加熱技術(shù)、溫度測量技術(shù)、非平衡磁控濺射技術(shù)、輔助陽極技術(shù)、中頻電源、脈沖技術(shù))。
現(xiàn)代涂層設(shè)備主要由真空室、真空獲得部分、真空測量部分、電源供給部分、工藝氣體輸入系統(tǒng)、機(jī)械傳動部分、加熱及測溫部件、離子蒸發(fā)或濺射源、水冷系統(tǒng)等部分組成。
