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一胜百 涂层技术 一胜百品牌(ASSAB)是一胜百太平洋有限公司所拥有的注册商标 .

本文所载资料,是根据我们目前的知识水平所编写,目的是提供对我们的产品及使用的一般建议,因此不应该当做是描述产品特定性质的保证,或者 被用于其它特定用途. 每一个ASSAB的用户应当自己判断选择一胜百产品和服务的适用性. 版本150729

2 内容提要 简介

3 表面失效

5 - 冷作应用

5 - 热作应用

6 - 塑胶模具

7 硬质涂层

8 - 一胜百PVD技术、原理及设备

8 - 一胜百先进涂层

10 - 一胜百DUPLEX涂层技术

11 - SPCS 电弧技术 ― ultrafine 涂层

12 - 一胜百溅射沉积涂层技术

14 PVD涂层成功的关键因素

15 - 工模具钢

15 - 热处理

15 - 工模具表面的质量

17 - 抛光

17 - 表面清洁

17 应用

18 - 冷作应用

19 - 热作应用

20 - 塑料模具应用

21 涂层目录

22 - 冷作应用涂层推荐

23 (冲压及成形) - 塑胶模具涂层推荐

23 - 热作模具涂层推荐

23 一胜百是优质工模具钢亚太市场的领导者,为汽车、 电子、 家电、 包装和建筑行业提供增值服 务. 我们提供广泛的工模具钢产品, 包括冷作、 塑胶及热作工模具钢, 可完全满足工模具行业的需 求. 为了取得最佳的使用性能,工模具钢的选择必须满足最基本的服役要求, 并具备足够的竞争力. 工模具钢本身的硬度、 强度和韧性必须达到最佳的结合,这样才能抵御各种形式的早期永久失 效,如崩角、 塑性变形及开裂. 另一方面,取决于模具工作表面的性能, 有一些失效或早或晚总会发生,如磨损,这些失效被称 为正常失效. 人们可以选择硬度更高的工模具钢来提高抗磨损性能, 但这会导致韧性降低,因 此不是最佳的途径. 表面淬火、 渗氮、 硬质涂层等表面改性技术可提高材料表面硬度, 并且不会导致基体其它性能 的损失,因此它作为一种现代工模具加工技术而被广泛使用. 在以上表面改性技术中 ,PVD 涂层是最先进、 最广泛使用的技术之一. 通过选择针对性的涂 层, 工作表面的硬度、 耐腐蚀、 耐高温和摩擦特性等表面性能可得到改善优化,从而提高抵抗 各种表面失效的能力.

3 简介

5 在工模具行业中,最常见的表面失效机理有以下几种. 冷作应用 在成形、精冲和粉末压实等冷作应用中,常见的典型表面失效包括磨粒磨损、粘着磨损、咬合 和摩擦等. 表面失效 涂有硬质涂层的精密冲模 冷作模具常见的表面失效形式 粘着磨损 咬合 磨粒磨损

6 热作应用 在压铸等热作模具中,典型的表面失效形式包括冲蚀、粘模、腐蚀和热疲劳.已经证实合适的 涂层作为隔离层,可以减少模具出现粘模、腐蚀和冲蚀等表面失效,这些失效全部(或部分) 归咎于熔态被加工金属、冷却剂与工模具钢之间的反应.如果模具出现的掉块或开裂最初也起 源于上述表面失效,表面涂层当然也会有很大的帮助. 热锻和热挤压模具的主要的表面失效形式为热磨损,通常是高温下模具钢材回火软化导致硬度 下降的结果. 压铸模具的表面失效 冲蚀和腐蚀 粘模

7 塑胶模具 取决于塑料及添加物的类型,塑胶模具典型的表面失效为磨粒磨损、 划伤和腐蚀. 塑胶模具表 面失效往往成本高,因为用户必须定期重新抛光,以恢复原有的型腔表面. TiN, CrN, TiCN 或DLC 等涂层可以防止上述表面失效的出现, 同时也能改善注塑过程中的 塑胶流动和产品的脱模. SPCS 工艺涂覆 TiN-ultrafine 涂层的塑胶杯具模具

8 硬质涂层 一胜百 PVD 技术、 原理及设备 一胜百采用领先全球的集团内公司 Eifeler 的最新 PVD 涂层技术. 具有专利的 Alpha 系列 PVD 涂层机以其优异的性能在业界得到了广泛使用. Alpha 电弧离子 PVD 设备是一种采用电弧离子 PVD 技术在工模具、 零部件或刀具表面涂覆金 属基导电硬质涂层的反应性真空镀膜设备. 电弧离子PVD技术是指借助于电弧产生PVD工艺 所需的金属离子和原子. 靶材和腔体被连接到DC电源,前者作阴极,而后者作为阳极. 通过阳 极触针和阴极之间的辅助放电来点燃电弧,之后阳极和靶材间产生持续放电, 将靶材蒸发并 离子化成极其细小的微观粒子. 借助于永磁体的作用可将电弧局限在靶材表面, 并使其以随机的圆形在靶材表面移动. 靶材生 成的离子、 原子与离子化的反应气体生成化学键结合, 并沉积在基材表面形成所需的涂层. 连接 到导电基体(工件)的偏压用于改变离子的能量,进而影响涂层的性能. 为了增强涂层与基底的结合力,通过辉光放电和溅射刻蚀将安装于转盘上的基材做进一步清洁, 然后在基体各面进行涂层处理. 通过辐射加热来间接加热基底以满足 PVD 涂层工艺的需要. 除涂层外 ,Alpha 电弧离子涂层机可以同时实现离子氮化处理. 借助于安装在设备顶部的等离子 体源和腔室底部的阳极, 在涂层室内产生等离子. 通过离子氮化工艺, 可在基材表面产生一定厚 度的渗氮层. 使用配置等离子体源的电弧 PVD系统, 可以一次性连续完成对基材的离子氮化和 后续涂层. 这个过程被称为 Duplex 涂层工艺. 一胜百也采用溅射技术沉积一些特定的涂层,如MoS2 和SUCASLIDE. 溅射是指通过高能离子 冲击靶材,溅射出靶材原子并转化为气体的物理过程. 溅射通常是指溅射沉积, 也属于真空 PVD 涂层工艺. Alpha 900P 电弧离子涂层系统 最大容量: ?750 X880 最大负荷量: 850Kg Alpha400P 电弧离子涂层系统 最大容量: ?450 X485 最大负荷量: 300Kg

9 10 一胜百先进涂层 一胜百先进涂层广泛应用于工模具行业,其主要特性如下 : ? 涂层厚度为

2 - 10微米 ? 高硬度硬质涂层 (2000 -

4000 HV) ? 模具原有表面形貌不受影响 ? 涂层与基体之间的结合力强 ? 涂层与钢材间具有低的摩擦系数 ? 模具使用过程中的冷焊咬合倾向低 ? 耐腐蚀 ? 高温抗氧化 表1. 硬度范围表 维氏硬度 (HV))

240 300

400 500

600 700

800 940

700 至1200

1400 至1800

2000 至8000

10000 洛氏硬度 (HRC)

20 29.8 40.8 49.1 55.2 60.1

64 68 C C C C 钢材或工艺类型 软钢 淬火钢 硬化钢 氮化 硬质 合金 PVD 和CVD 涂层 金刚石一胜百可根据不同的应用,为客户提供广泛但具有针对性的PVD涂层. 例如, 对于冷作模具可 采用高硬度及高耐磨性能的涂层;

对于热作模具采用具有耐热和耐磨性能的涂层;

对于塑胶 模具采用抗腐蚀和耐磨性能的涂层. 为了实现综合性能涂层亦可设计成不同的结构,如单层、 多层或纳米结构. 精心设计的纳米结构涂层不仅具有极高的硬度,而且具有很高的韧性,从而降低裂纹敏感性. 例如先进纳米复合涂层 SISTRAL,不但具备超高硬度,而且具备优异的高温抗氧化性能, 能极 大程度防止高温磨损失效.

11 一胜百DUPLEX涂层技术 一胜百 Duplex 涂层技术是一种无中断、 连续进行离子氮化和随后 PVD 涂层的复合工艺. 采用离子氮化可以提高基体的表面硬度,进而大大提高 PVD 涂层的使用寿命. 一胜百 Duplex 涂层具有以下优点: ? 基体氮化层无白层(化合物层) ? 基体表面硬度获得提高 ? 抛光的表面不受影响 ? 涂层结合强度显著提高 ? 模具尺寸无变化 ? 模具的承载能力增强 ? 离子氮化温度低 (<

480°C) 由于具有纳米晶复合结构(右图), SISTRAL 涂层的断面光滑(左侧SEM照片), 无粗大的柱状晶. Calotest 样品照片 , 硬质合金工具表面涂覆 Variantic 涂层的多层结构.

12 一般来说, 一胜百 Duplex 涂层适用于各类钢材基体. Duplex 涂层一个典型的成功应用是高强 度钢板的成形模具,这类应用经常使用 Duplex VARIANTIC或Duplex TiCN 涂层. 此外 ,Duplex 还可与其它类型的非低温涂层相结合. 一胜百 Duplex 涂层之所以呈现如此多的优势 ,其主要 机理如下: ? 形成理想的硬度梯度,即从强韧兼具的心部,到硬度强度更高的过渡层,最后在表面涂覆非常 坚硬耐磨的涂层. ? 由于高硬度高强度过渡层的支撑, 硬脆的最外层陶瓷涂层获得很好的保护. ? 对压应力载荷的承载能力显著增强. SPCS 电弧技术― ultrafine涂层 过滤电弧技术是为精密工具、 航空部件 ,以及日益增多的医疗器械和医疗植入物提供极度光滑致 密涂层的一种工艺. 这种工艺在电弧离子PVD涂层技术工业化应用不久即被研发出来. 但是,由 于其成本昂贵且交货期长, 很多用户和涂层供应商认为这种技术的经济价值很低. 采用Eifeler研发的 SPCS 技术, 可以制备表面质量和致密度与过滤电弧技术相媲美的涂层, 并且 完全克服了过滤电弧技术的缺点. 与标准的电弧镀膜工艺相比,采用 SPCS 技术制备的 ultrafine 系列涂层,如TiN-ultrafine, TiCN-ultrafine 等, 因其无与伦比的涂层性能可满足塑料模具对光 滑型腔表面的苛刻要求. 此外 , 在精密刀具、 微切削刀具、 手术器械等应用中 ,ultrafine 涂层也呈 现出明显的优势. 标准电弧涂层 存在熔滴颗粒 适合绝大多数应用,但有可能 需要涂后抛光 SPCS 电弧 ultrafine 涂层 更光滑致密的涂层表面 附着力增强 在特定的应用上更具优势 标准电弧涂层与SPCS电弧 ultrafine 涂层的比较 离子氮化后的硬度深度分布 (左图);

Duplex涂层工艺处理后的试样截面的显微照片 (右图). 氮化层深度,D2钢材 66.5 HRC

950 900

850 800

750 700

650 600

550 500 维氏硬度 (HV 0.5)

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 离表面的距离 (毫米) 59.3 HRC (基底材质) 50微米的渗氮层深度

13 14 一胜百溅射沉积涂层技术 一胜百溅射技术的典型应用之一就是制备 MoS2 涂层. 这种涂层通常沉积在硬质涂层表面,起到 固体润滑剂的作用. 该涂层持久耐用, 能显著改善摩擦性能, 有效防止粘着磨损, 从而延长整 体使用寿命 . MoS2 涂层主要应用在: ? 加工刀具: 主要应用于丝攻,涂在 TiN 或TiCN 硬质涂层表面 ? 成形模具: 用于冷却润滑使用量需要减少的拉延、 冲压、 冷挤及成形等模具. 有时为了改善摩擦性能,MoS2 也可单独应用于模具或零件表面. 另外一种常用的溅射涂........