關于PVD 表面處理技術及其應用

文/鄒華娟·江鈴汽車股份有限公司

隨著汽車行業的飛速發展及工藝水平的提高，尤其是高強度板在汽車鈑金上的廣泛應用，冷作模具易發生變形、磨損、疲勞和斷裂等失效形式，嚴重影響了模具的使用壽命。在汽車模具領域，表面處理技術主要是解決沖壓件的拉傷問題，以及提高模具使用壽命。單傳統的TD、電鍍、熔射由于受變形量、鍍膜次數以及鍍膜均勻性的限制已不能滿足高速發展的需要。

為解決此類問題，在沖壓領域引進了一種新型表面處理工藝——PVD。PVD(Physical Vapor Deposition）——物理氣相沉積，是指利用物理過程實現物質轉移，將原子或分子由源轉移到基材表面上的過程。它的作用是可以使某些有特殊性能(強度高、耐磨性、散熱性、耐腐性等）的微粒噴涂在性能較低的母體上，使得母體具有更好的性能。

如圖1 所示，PVD 表面處理工藝的工作原理為：將要鍍膜處理的工件2 置于真空容器1 的電弧蒸發源3 中，在高真空條件下，通過電弧蒸發源加熱使其蒸發，當蒸發分子的平均自由程大于真空室的線性尺寸以后，蒸汽的原子和分子從蒸發源表面溢出后，很少受到其他分子或原子的沖擊與阻礙，可直接到達工件基體表面上，遇有基體溫度較低，便凝結其上而成膜。

圖1 PVD 工作原理

圖2 PVD 工作流程

PVD 表面處理技術要求

為了保證處理后的工件硬度和使用壽命，PVD 處理技術對原材料有一定的要求。

(1）材質要求：高速鋼、預硬鋼、熱作模具鋼、工具鋼、冷作模具鋼。比如：T10A 鋼、7SiCrMnMoV 鋼、CrWMn 鋼或Cr12Mo1V1 等。

(2）熱處理要求：工具鋼、冷作模具鋼材經過三次500℃以上的高溫回火。

(3）尺寸要求：最大尺寸600mm×400mm×280 mm。孔徑/孔深比或槽寬/槽深比應大于1。

(4）其他要求：模具上必須有可供上掛夾持用的孔、螺紋孔、臺階等，以供后續包綁、上掛用。

具體實施方式

超聲波清洗槽，每個槽里面的清洗劑含量逐漸降低，每個槽清洗時間為5 ～10min。②清水去污；分三個清水清洗槽，第一個槽清水噴淋，時間為3min，第二和第三個槽用超聲波清洗，時間均為3min。③去離子水清洗；分為三個槽，第一、第二槽為去離子水超聲槽，時間3min，第三個槽為去離子水浸泡清洗，時間3min。④脫水；用熱風吹8 ～10min，保證工件干燥。

(3）噴砂處理。所選噴料為銅礦砂、石英砂、金剛砂、鐵砂或海南砂中的一種。噴砂步驟能夠使工件表面或形狀發生變化，由于磨料對工件表面的沖擊和切削作用，使工件的表面獲得一定的清潔度和不同的粗糙度，使工件表面的機械性能得到改善，因此提高了工件的抗疲勞性，增加了它和涂層之間的附著力，延長了涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和裝飾。

圖3 對鑲塊補焊、拋光

圖4 鑲塊PVD 處理后

表1 PVD 后的工件檢測結果

(4）對鑲塊進行PVD 處理。①氮化處理；將PVD爐抽真空，通入液氨，加熱使氨氣蒸發對冷沖壓模具表面進行處理。②涂層沉積；具體選用TiN、CrN、TiCN、TiAlN 或CrAlN 中的一種，根據工件不同的要求，選用涂層種類。

(5）如圖4 所示，對PVD 后的工件進行拋光，沖壓模具Ra ＜0.5μm，而成形面需Ra ＜0.2μm。

(6）對PVD 后的工件進行檢測，結果如表1 所示。

(7）復合涂層的相關技術指標的檢驗方法與標準如表2 所示。

鑲塊通過PVD 處理，表面光潔度得到很大提升，在沖壓過程中，板料與模具的摩擦力減少，產品的拉傷問題可以得到很好的解決，再加上模具表面硬化，可以減緩模具的磨損速度，提升模具的使用壽命，而且模具可以反復做PVD 處理，亦可以大大延長模具的使用周期。

表2 復合涂層相關技術指標的檢驗方法與標準

結束語

PVD 鍍膜技術鍍出的膜層，具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蝕性及化學穩定性，膜層的壽命更長，經過批量的應用及生產驗證，不僅汽車沖壓件的拉傷問題得到了長期的解決，而且對比其他表面處理技術，PVD 表面處理技術具有基材不易變形、不易開裂、可反復鍍膜的優勢，廣泛應用于沖壓模具領域，大大解決了模具拉毛問題及汽車外覆蓋件面品問題。