真空涂層技術(shù)的發(fā)展
 
一、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 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。 
二、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(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，幾乎無(wú)任何環(huán)境污染問(wèn)題，有利于環(huán)保；因?yàn)槠淠艿玫焦饬痢⑷A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)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(zhēng)鳴的喜人景象。 
三、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。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)重制約了該技術(shù)在刀具、模具上的應(yīng)用。 
四、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。
   
五、PVD (Physical Vapor Deposition) 即物理氣相沉積
，分為：真空蒸發(fā)鍍膜、真空濺射鍍膜和真空離子鍍膜。我們通常所說(shuō)的PVD鍍膜 ，指的就是真空離子鍍膜；通常說(shuō)的NCVM鍍膜，就是指真空蒸發(fā)鍍膜和真空濺射鍍。
六、
真空蒸鍍基本原理：
在真空條件下，使金屬、金屬合金等蒸發(fā)，然后沉積在基體表面上，蒸發(fā)的方法常用電阻加熱，電子束轟擊鍍料，使蒸發(fā)成氣相，然后沉積在基體表面，歷史上，真空蒸鍍是
PVD法中使用最早的技術(shù)。


七、濺射鍍膜基本原理：
充氬
(Ar)氣的真空條件下，使氬氣進(jìn)行輝光放電，這時(shí)氬(Ar)原子電離成氬離子(Ar )，氬離子在電場(chǎng)力的作用下，加速轟擊以鍍料制作的陰極靶材，靶材會(huì)被濺射出來(lái)而沉積到工件表面。  濺射鍍膜中的入射離子，一般采用輝光放電獲得，在l0-2Pa～10Pa范圍，所以濺射出來(lái)的粒子在飛向基體過(guò)程中，易和真空室中的氣體分子發(fā)生碰撞，使運(yùn)動(dòng)方向隨機(jī)，沉積的膜易于均勻。
八、離子鍍基本原理：
在真空條件下，采用某種等離子體電離技術(shù)，使鍍料原子部分電離成離子，同時(shí)產(chǎn)生許多高能量的中性原子，在被鍍基體上加負(fù)偏壓。這樣在深度負(fù)偏壓的作用下，離子沉積于基體表面形成薄膜。
九、離子鍍的工藝過(guò)程：
蒸發(fā)料的粒子作為帶正電荷的高能離子在高壓陰極（即工件）的吸引下，以很高的速度注入到工件表面。
十、離子鍍的作用過(guò)程如下：
蒸發(fā)源接陽(yáng)極，工件接陰極，當(dāng)通以三至五千伏高壓直流電以后，蒸發(fā)源與工件之間產(chǎn)生輝光放電。由于真空罩內(nèi)充有惰性氬氣，在放電電場(chǎng)作用下部分氬氣被電離，從而在陰極工件周圍形成一等離子暗區(qū)。帶正電荷的氬離子受陰極負(fù)高壓的吸引，猛烈地轟擊工件表面，致使工件表層粒子和臟物被轟濺拋出，從而使工件待鍍表面得到了充分的離子轟擊清洗。隨后，接通蒸發(fā)源交流電源，蒸發(fā)料粒子熔化蒸發(fā)，進(jìn)入輝光放電區(qū)并被電離。帶正電荷的蒸發(fā)料離子，在陰極吸引下，隨同氬離子一同沖向工件，當(dāng)拋鍍于工件表面上的蒸發(fā)料離子超過(guò)濺失離子的數(shù)量時(shí)，則逐漸堆積形成一層牢固粘附于工件表面的鍍層。這就是離子鍍的簡(jiǎn)單作用過(guò)程。
三種鍍膜方式的比較：

PVD技術(shù)四個(gè)工藝步驟
(1)清洗工件：
接通直流電源，氬氣進(jìn)行輝光放電為氬離子，氬離子轟擊工件表面，工件表層粒子和臟物被轟濺拋出；
(2)鍍料的氣化：
即通入交流電后，使鍍料蒸發(fā)氣化。 
(3)鍍料離子的遷移：
由氣化源供出原子、分子或離子經(jīng)過(guò)碰撞以及高壓電場(chǎng)后，高速?zèng)_向工件； 
(4)鍍料原子、分子或離子在基體上沉積：
工件表面上的蒸發(fā)料離子超過(guò)濺失離子的數(shù)量時(shí)，則逐漸堆積形成一層牢固粘附于工件表面的鍍層。
離子鍍時(shí)，蒸發(fā)料粒子電離后具有三千到五千電子伏特的動(dòng)能，高速轟擊工件時(shí)，不但沉積速度快，而且能夠穿透工件表面，形成一種注入基體很深的擴(kuò)散層，離子鍍的界面擴(kuò)散深度可達(dá)四至五微米，也就是說(shuō)比普通真空鍍膜的擴(kuò)散深度要深幾十倍，甚至上百倍，因而彼此粘附得特別牢。
十一
、
PVD 涂層的基本概念及其特點(diǎn) 
PVD 是英文“Physical Vapor Deposition”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?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，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，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(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(duì)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(guó)家
(如德國(guó) CemeCon、英國(guó) ART-TEER、 瑞士 Platit)在傳統(tǒng)的磁控濺射原理基礎(chǔ)上，用非平衡磁場(chǎng)代替原先的平衡磁場(chǎng)、50KHz 的中頻電源代替原來(lái)的直流電源、脈沖電源取代以往的直流偏壓，采用輔助陽(yáng)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(guó)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(shì)。 
十二
、
PVD流程圖


PVD加工特點(diǎn)
1).PVD膜層能直接鍍?cè)诓讳P鋼以及硬質(zhì)合金上，對(duì)比較軟的鋅合金、銅、鐵等壓鑄件應(yīng)先進(jìn)行化學(xué)電鍍鉻，然后才適合鍍PVD，但是水鍍后做PVD容易起泡，不良率較高；
2).典型的 PVD 涂層加工溫度在 250 ℃—450 ℃之間；
3).涂層種類和厚度決定工藝時(shí)間，一般工藝時(shí)間為 3~6 小時(shí)；
4).PVD鍍膜膜層的厚度為微米級(jí)，厚度較薄，一般為0.3μm～5μm，其中裝飾鍍膜膜層的厚度一般為0.3μm~1μm，因此可以在幾乎不影響工件原來(lái)尺寸的情況下提高工件表面的各種物理性能和化學(xué)性能，并能夠維持工件尺寸基本不變
，鍍后不須再加工；
5).PVD技術(shù)不僅提高了鍍膜與基體材料的結(jié)合強(qiáng)度，涂層成分也由第一代的TiN發(fā)展為TiC、TiCN、ZrN、CrN、MoS2、TiAlN、TiAlCN、TiN-AlN、CNx、DLC和ta－C等多元復(fù)合涂層，形成不同的顏色的表面效果。
6).目前能夠做出的膜層的顏色有深金黃色，淺金黃色，咖啡色，古銅色，灰色，黑色，灰黑色，七彩色等。通過(guò)控制鍍膜過(guò)程中的相關(guān)參數(shù)，可以控制鍍出的顏色；鍍膜結(jié)束后可以用相關(guān)的儀器對(duì)顏色值進(jìn)行測(cè)量，使顏色得以量化，以確定所鍍出的顏色是否滿足要求。
上海PVD鍍膜技術(shù)的應(yīng)用主要分為兩大類：
裝飾鍍和工具鍍：
裝飾鍍的目的：
主要是為了改善工件的外觀裝飾性能和色澤，同時(shí)使工件更耐磨耐腐蝕延長(zhǎng)其使用壽命；這方面主要應(yīng)用五金行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，如門窗五金、鎖具、衛(wèi)浴五金等行業(yè)。
工具鍍的目的：
主要是為了提高工件的表面硬度和耐磨性，降低表面的摩擦系數(shù)，提高工件的使用壽命；這方面主要應(yīng)用在各種刀剪、車削刀具（如車刀、刨刀、銑刀、鉆頭等等）等產(chǎn)品中。
雖然使用
PVD鍍膜技術(shù)能夠鍍出高品質(zhì)的膜層，但是PVD鍍膜過(guò)程的成本其實(shí)并不高，它是一種性價(jià)比非常高的表面處理方式，所以近年來(lái)PVD鍍膜技術(shù)發(fā)展得非常快。PVD鍍膜已經(jīng)成為五金行業(yè)表面處理的發(fā)展方向。
十三、
PVD優(yōu)點(diǎn)
1. 
鍍層附著性能好
普通真空鍍膜時(shí)，在工件表面與鍍層之間幾乎沒有連接的過(guò)渡層，好似截然分開。而離子鍍時(shí)，離子高速轟擊工件時(shí)，能夠穿透工件表面，形成一種注入基體很深的擴(kuò)散層，離子鍍的界面擴(kuò)散深度可達(dá)四至五微米，對(duì)離子鍍后的
試件作拉伸試驗(yàn)表明，一直拉到快要斷裂時(shí)，鍍層仍隨基體金屬一起塑性延伸，無(wú)起皮或剝落現(xiàn)象發(fā)生
,可見附著多么牢固，膜層均勻，致密。
2. 
繞鍍能力強(qiáng)
離子鍍時(shí)，蒸發(fā)料粒子是以帶電離子的形式在電場(chǎng)中沿著電力線方向運(yùn)動(dòng)，因而凡是有電場(chǎng)存在的部位，均能獲得良好鍍層，這比普通真空鍍膜只能在直射方向上獲得鍍層優(yōu)越得多。因此，這種方法非常適合于鍍復(fù)零件上的內(nèi)孔、凹槽和窄縫。等其他方法難鍍的部位。用普通真空鍍膜只能鍍直射表面，蒸發(fā)料粒子尤如攀登云梯一樣，只能順梯而上；而離子鍍則能均勻地繞鍍到零件的背面和內(nèi)孔中，帶電離子則好比坐上了直升飛機(jī)，能夠沿著規(guī)定的航線飛抵其活動(dòng)半徑范圍內(nèi)的任何地方。
3. 
鍍層質(zhì)量好
離子鍍的鍍層組織致密、無(wú)針孔、無(wú)氣泡、厚度均勻。甚至棱面和凹槽都可均勻鍍復(fù)，不致形成金屬瘤。象螺紋一類的零件也能鍍復(fù)，有高硬度、高耐磨性（低摩擦系數(shù)）、很好的耐腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，膜層的壽命更長(zhǎng)
；
同時(shí)膜層能夠大幅度提高工件的外觀裝飾性能
4. 
清洗過(guò)程簡(jiǎn)化
現(xiàn)有鍍膜工藝，多數(shù)均要求事先對(duì)工件進(jìn)行嚴(yán)格清洗，既復(fù)雜又費(fèi)事。然而，離子鍍工藝自身就有一種離子轟擊清洗作用，并且這一作用還一直延續(xù)于整個(gè)鍍膜過(guò)程。清洗效果極好，能使鍍層直接貼近基體，有效地增強(qiáng)了附著力，簡(jiǎn)化了大量的鍍前清洗工作。
5. 
可鍍材料廣泛
離子鍍由于是利用高能離子轟擊工件表面，使大量的電能在工件表面轉(zhuǎn)換成熱能，從而促進(jìn)了表層組織的擴(kuò)散作用和化學(xué)反應(yīng)。然而，整個(gè)工件，特別是工件心部并未受到高溫的影響。因此這種鍍膜工藝的應(yīng)用范圍較廣，受到的
局限性則較小。
通常，各種金屬、合金以及某些合成材料、絕緣材料、熱敏材料和高熔點(diǎn)材料等均可鍍復(fù)。
即可在金屬工件上鍍非金屬或金屬，也可在非金屬上鍍金屬或非金屬，甚至可鍍塑料、橡膠、石英、陶瓷等。
 
雙色
PVD技術(shù)的應(yīng)用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)
其應(yīng)用范圍是：
 1）碳鋼、合金鋼、不銹鋼及鈦合金等金屬材料；
 2）金屬材料的表面硬度至少需要在HV170以上。
其優(yōu)點(diǎn)是
:
與傳統(tǒng)磁控濺射單色
PVD技術(shù)相比，雙色PVD工藝更為復(fù)雜，流程更為繁雜，生產(chǎn)難度高，但外觀效果極佳，兩種顏色的表面硬度都在HV600以上。
傳統(tǒng)磁控濺射單色
PVD技術(shù)要在實(shí)現(xiàn)雙色效果，采取的工藝措施是在整體PVD單色的基礎(chǔ)上把需要實(shí)現(xiàn)另一種顏色的區(qū)域激光鐳雕掉或者磨掉。新加工出來(lái)的區(qū)域就只能表現(xiàn)金屬的本色，表面硬度也就是金屬本身的表面硬度---
HV200左右（而PVD后的表面硬度為HV600以上）。 
其缺點(diǎn)是：
1）
工藝比傳統(tǒng)單色
PVD的更為復(fù)雜，流程更為繁雜，生產(chǎn)難度高；
2）
生產(chǎn)良率低，大約為
65～70%（傳統(tǒng)單色PVD的生產(chǎn)良率一般為85～90%；
3）
價(jià)格會(huì)比傳統(tǒng)單色
PVD的高50～60%；
4）
因工藝和流程的影響，雙色
PVD生產(chǎn)限制較多，受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響較大，而傳統(tǒng)單色PVD則幾乎不受限制
現(xiàn)代涂層設(shè)備
(均勻加熱技術(shù)、溫度測(cè)量技術(shù)、非平衡磁控濺 射技術(shù)、輔助陽(yáng)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(cè)量部分、電源供給部分、工藝氣體輸入系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)部分、加熱及測(cè)溫部件、離子蒸發(fā)或?yàn)R射源、水冷系統(tǒng)等部分組成。 
1真空室
涂層設(shè)備主要有連續(xù)涂層生產(chǎn)線及單室涂層機(jī)兩種形式，由于工模涂層對(duì)加熱及機(jī)械傳動(dòng)部分有較高要求，而且工模形狀、尺寸千差萬(wàn)別，連續(xù)涂層生產(chǎn)線通常難以滿足要求，須采用單室涂層機(jī)。
 
2 真空獲得部分
在真空技術(shù)中，真空獲得部分是重要組成部分。由于工模件涂層高附著力的要求，其涂層工藝開始前背景真空度最好高于
6mPa，涂層工藝結(jié)束后真空度甚至可達(dá) 0.06mPa 以上，因此合 理選擇真空獲得設(shè)備，實(shí)現(xiàn)高真空度至關(guān)重要。 
就目前來(lái)說(shuō)，還沒有一種泵能從大氣壓一直工作到接近超高真空。因此，真空的獲得不是一種真空設(shè)備和方法所能達(dá)到的，必須將幾種泵聯(lián)合使用，如機(jī)械泵、分子泵系統(tǒng)等。
3 真空測(cè)量部分
真空系統(tǒng)的真空測(cè)量部分，就是要對(duì)真空室內(nèi)的壓強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量。像真空泵一樣，沒有一種真空計(jì)能測(cè)量整個(gè)真空范圍，人們于是按不同的原理和要求制成了許多種類的真空計(jì)。
 
4 電源供給部分
靶電源主要有直流電源
(如 MDX)、中頻電源(如美國(guó) AE公司生產(chǎn)的 PE、PEII、PINACAL)；工件本身通常需加直流電源(如 MDX)、脈沖電源(如美國(guó)AE公司生產(chǎn)的 PINACAL+)、或射頻電源(RF)。 
5 工藝氣體輸入系統(tǒng)
工藝氣體，如氬氣
(Ar)、氪氣(Kr)、氮?dú)?N2)、乙炔(C2H2)、甲烷(CH4)、氫氣(H2)、氧氣(O2)等，一般均由氣瓶供應(yīng)，經(jīng)氣體減壓閥、氣體截止閥、管路、氣體流量計(jì)、電磁閥、壓電閥，然后通入真空室。這種氣體輸入系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，管路簡(jiǎn)捷、明快，維修或更換氣瓶容易。各涂層機(jī)之間互不影響。也有多臺(tái)涂層機(jī)共用一組氣瓶的情況，這種情況在一些規(guī)模較大的涂層車間可能有機(jī)會(huì)看到。它的好處是，減少氣瓶占用量，統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一布局。缺點(diǎn)是，由于接頭增多，使漏氣機(jī)會(huì)增加。而且，各涂層機(jī)之間會(huì)互相干擾，一臺(tái)涂層機(jī)的管路漏氣，有可能會(huì)影響到其他涂層機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量。此外，更換氣瓶時(shí)，必須保證所有主機(jī)都處于非用氣狀態(tài)。 
6 機(jī)械傳動(dòng)部分
刀具涂層要求周邊必須厚度均勻一致，因此，在涂層過(guò)程中須有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)量才能滿足要求。即在要求大工件臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)
(I)的同時(shí)，小的工件承載臺(tái)也轉(zhuǎn)動(dòng)( II),并且工件本身還能同時(shí)自轉(zhuǎn)(III)。
在機(jī)械設(shè)計(jì)上，一般是在大工件轉(zhuǎn)盤底部中央為一大的主動(dòng)齒輪，周圍是一些小的星行輪與之嚙合，再用撥叉撥動(dòng)工件自轉(zhuǎn)。當(dāng)然，在做模具涂層時(shí)，一般有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)量就足夠了，但是齒輪可承載量必須大大增強(qiáng)。
 
7 加熱及測(cè)溫部分 
做工模涂層的時(shí)候，如何保證被鍍工件均勻加熱比裝飾涂層加熱要重要得多。工模涂層設(shè)備一般均有前后兩個(gè)加熱器，用熱電偶測(cè)控溫度。但是，由于熱電偶裝夾的為置不同，因而，溫度讀數(shù)不可能是工件的真實(shí)溫度。要想測(cè)得工件的真實(shí)溫度，有很多方法，這里介紹一種簡(jiǎn)便易行的表面溫度計(jì)法
 (Surface Thermomeer)。該溫度計(jì)的工作原理是，當(dāng)溫度計(jì)受熱，底部的彈簧將受熱膨脹，使指針推動(dòng)定位指針旋轉(zhuǎn)，直到最高溫度。降溫的時(shí)候，彈簧收縮，指針反向旋轉(zhuǎn)，但定位指針維持在最高溫度位置不動(dòng)，開門后，讀取定位指針指示的溫度，即為真空室內(nèi)加熱時(shí)，表面溫度計(jì)放置位置所曾達(dá)到的最高溫度值。 
8 離子蒸發(fā)及濺射源 
多弧鍍的蒸發(fā)源一般為圓餅形，俗稱圓餅靶，近幾年也出現(xiàn)了長(zhǎng)方形的多弧靶，但未見有明顯效果。圓餅靶裝在銅靶座
(陰極座)上面，兩者為羅紋連接。靶座中裝有磁鐵，通過(guò)前后移動(dòng)磁鐵，改變磁場(chǎng)強(qiáng)度，可調(diào)整弧斑移動(dòng)速度及軌跡。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， 
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
 400~500oC，因此，對(duì)真空室壁、對(duì)各個(gè)密封面的冷卻也很重要 ， 所以冷卻水最好采用18~20oC 左右的冷水機(jī)供水。 
為了防止開門后，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40~45oC。 
十四、
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。 
1 IQC 
IQC(InQuality Control)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。 
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。
 
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) 145度，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。 
清洗
 
十五、
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。
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。
總而言之，工模涂層前的清洗方法因工模所使用的材料的不同而不同，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，可以使水分盡快揮發(fā)掉。
自動(dòng)清洗機(jī)內(nèi)存十種工藝，均由供方預(yù)先設(shè)定。一至九可分別用于不同類型的產(chǎn)品、不同的表面狀態(tài)的凈化處理。第十種用于加注清洗劑。
 
噴砂
噴砂法是借助壓縮空氣使磨料強(qiáng)力沖刷工件表面，從而去除銹蝕、積碳、焊渣、氧化皮、殘鹽、舊漆層等表面缺陷。按磨料使用條件，噴砂分為干噴砂與濕噴砂兩類。
噴砂的工藝參數(shù)主要有槍距、傾角、裝夾臺(tái)旋轉(zhuǎn)速度、移動(dòng)速度、行程、往返次數(shù)、噴砂時(shí)間、噴砂氣壓。我們已使用過(guò)的參數(shù)有槍距：
30~70mm; 傾角 30~70?C; 裝夾臺(tái)旋轉(zhuǎn)速度 10~30；往返次數(shù) 3~9 次；噴砂氣壓：1.8~3.5 巴等。具體操作時(shí)，根據(jù)工件表面臟污程度，工件硬度，工件表面幾何形狀等因素，選取上下限。我們?cè)诟蓢娚皺C(jī)中所選用的磨料為玻璃珠，適合噴一些硬度介中的材料，如油鋼、模具等；在液體噴砂機(jī)中所選用的磨料為氧化鋁，硬度較高，適合噴一些硬度高的材料，如硬質(zhì)合金材料。對(duì)于工模涂層而言，噴砂所使用的磨料粒度也很重要。如果磨料粒度過(guò)大，則工件表面太粗糙；如果磨料粒度太小，又會(huì)降低打擊力度，甚至嵌在工件表面，清洗難以去除，從而使工件涂層附著力降低。為此，歐洲一些國(guó)家，對(duì)工模涂層前噴砂所用磨料粒度做過(guò)仔細(xì)研究，嚴(yán)格到必須保證 85%以上的晶粒度在中 A、B 兩點(diǎn)范圍內(nèi)才能使用。相比之下，我國(guó)磨料的供應(yīng)商還缺乏這方面的共識(shí)，我們也很少有做這方面的檢驗(yàn)。 
PVD 涂層工藝(加熱、離子清洗、涂層、冷卻、工藝氣體、氣壓、溫度、濺射功率) 
FQC
 
FQC 的英文全拼為：“Function Quality Control”，意思是功能 質(zhì) 量 控 制 ， 它有別與一般意義上的 OQC(Out Quality Control) 。FQC 的內(nèi)容主要包括外觀檢查、層深檢查、附著力檢查、耐磨性檢查、抗蝕性檢查、模擬性測(cè)試等方法。我廠目前應(yīng)用的主要有外觀檢查、層深檢查和附著力檢查。
由于我們所接觸的產(chǎn)品大多都是不允許做破壞性檢查的，因而我們?cè)阱兡r(shí)，每批都會(huì)放進(jìn)隨批試樣。做層深檢查和附著力檢查的時(shí)候，大多數(shù)情況下，實(shí)際上是對(duì)隨批試樣進(jìn)行檢查。因?yàn)樵嚇优c產(chǎn)品在原材料、熱處理狀態(tài)、裝夾位置等方面都難于一致，所以這樣檢測(cè)出的結(jié)果，與產(chǎn)品實(shí)際值會(huì)有一定的誤差。有時(shí)可能還會(huì)有相當(dāng)大的誤差，只能做參考使用。當(dāng)然，必要的時(shí)候，我們也可以通過(guò)制作模擬件，達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量的目的。
 
外觀檢查
對(duì)于開門取件后的產(chǎn)品，應(yīng)仔細(xì)檢查表面有無(wú)裂紋、掉涂層、疏松等缺陷。對(duì)于刀具、刀粒，還需在顯微鏡下仔細(xì)檢查它們的刃口狀態(tài)。
 
層深檢查
層深檢查有切片金相觀察法、
X-ray檢查法、用單色光做光源的光學(xué)測(cè)試法、球磨儀測(cè)試法等多種方法。工模涂層的層深檢查是在球磨儀上進(jìn)行的。方法是先用直徑為 10mm 的鋼球與測(cè)試表面滾磨，然后在顯微鏡下測(cè)量磨痕的有關(guān)數(shù)據(jù)，帶入公式中，即可方便算出層深。
這種層深檢查法的特點(diǎn)是：方便適用，誤差稍大。但這種誤
 差應(yīng)用于工模上面影響不會(huì)太大。有興趣的同事還可參閱有關(guān)的說(shuō)明書。
附著力的檢查方法有很多，各個(gè)廠根據(jù)自己產(chǎn)品的特點(diǎn)，都制定了相應(yīng)的檢測(cè)方法。其中，比較權(quán)威的方法有兩種，一種是在洛氏硬度計(jì)上，以圓錐型金剛石壓頭做壓痕試驗(yàn)，在顯微鏡下觀察，以壓痕周邊裂紋的多少來(lái)判斷涂層附著力的高低。該方法對(duì)金剛石壓頭的形狀要求很高，不但嚴(yán)格要求中心點(diǎn)在圓的中心，而且金剛石圓錐的圓度必須十分規(guī)則。遺憾的是，目前，我國(guó)還沒有它的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；另一種方法是劃痕法，我國(guó)有些涂層發(fā)起較早的科研部門，也是采用的該方法，有專門的國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可供查詢。
 
工裝夾具的處理
 
涂后處理工藝
(噴砂、涂脂技術(shù)) 
檢測(cè)技術(shù)
(結(jié)合力的檢測(cè)、層深的檢測(cè)、酸蝕) 
涂層剝離技術(shù)
(TiN/TiAlN的剝離技術(shù)、CrN/DLC/CrAlTiN 的剝離技術(shù)、硬質(zhì)合金的表面涂層剝離技術(shù)) 
涂層刀具的應(yīng)用技術(shù)
(涂層的正確選擇、涂層刀具的正確使用 
涂層對(duì)刀具的優(yōu)化非常大，由于高速切削加工比傳統(tǒng)切削
 加工所產(chǎn)生的溫度要高，應(yīng)用涂層，可以發(fā)揮其耐高溫、抗氧化及加硬材質(zhì)等作用。例如，氮化鉻
(CrN)涂層可降低磨擦系數(shù)，改善光潔度及排屑情況。
 
十六、主要技術(shù)要求規(guī)范
1、
在黑色、銀色、金色、普通的玫瑰色等傳統(tǒng)常規(guī)顏色之間進(jìn)行雙色
PVD配對(duì)選擇； 
2、
不允許在
3D面上或者3D面之間進(jìn)行雙色PVD配對(duì)處理； 
3、
可以在
2D平面結(jié)構(gòu)上進(jìn)行雙色PVD設(shè)計(jì)；
4、就目前的技術(shù)條件而言，限于普通常規(guī)顏色，比如黑色、銀色、金色、普通的玫瑰色。在黑色、銀色、金色、普通的玫瑰色等傳統(tǒng)常規(guī)顏色之間進(jìn)行雙色PVD配對(duì)選擇；