真空PVD镀膜在压铸模具中的运用及工艺实例
0 前言 模具真空PVD镀膜涂层
压铸模具生产周期长、加工精度高使得模具造价高昂，同时好的模具在加工产品过程中应该能够确保产品表面品质优异。压铸模具生产周期长，加工精度高，所以使用者总是希望模具使用寿命能够足够长，同时模具在加工产品过程中能够一直确保生产产品表面品质优异。在众多的表面处理方法中，真空PVD镀膜涂层无疑是解决以上问题的重要方法之一。从成本的角度考虑，花费在真空PVD镀膜涂层的投入只占模具制造成本的5-10%左右，却能够得到寿命和被加工零件表面品质的显著提升。一般来讲真空PVD镀膜的费用约占模具总成本的5-10%左右。但以生产每一件制品的总成本计算的话，因为真空PVD镀膜涂层的功效，延长了模具的寿命，且脱模容易，减少停机维修模具时间，减少修模再抛光的过程，把生产量提升数倍且降低了生产成本。
1 真空PVD镀膜在压铸模具中的运用
真空PVD镀膜涂层表面摩擦系数小，经过表面抛光的金属材料的表面对钢摩擦系数一般在0.9左右，真空PVD镀膜涂层对钢材的摩擦系数在0.01～0.6之间，常用于压铸模具的真空PVD镀膜涂层材料（AlCrN，AlTiN）摩擦系数一般在0.4-0.6，低的摩擦系数使经过真空PVD镀膜处理的模具在加工过程中与被加工零件的表面摩擦降低，零件表面品质优于没有涂层的模具所生产的零件。
压铸模具的生产条件最严苛，在高温600-800℃的金属溶液，通过高压力注射，并且模具表面不停的热胀冷缩，导致压铸模具的使用寿命很短，在生产时不停的需要修模、维护。导致压铸模具失效的主要是龟裂，冲蚀，黏料和变形等失效方式。
由于模具型腔在高温下工作，因此压铸模具性能的改善的需要具有以下特性在模具使用寿命内，必须保持在高温和低温交替条件下的型腔面精度和变形量。 因此压铸模具的材料除了应具备有塑料模具的特点外，还应该具有优秀的抗高温性能、硬度、抗氧化性、回火稳定性和抗冲击韧性，具有良好的导热性和抗疲劳性，传统压铸模具采用淬火，回火，抛光的处理工艺，对材料本身的硬度提高有限，同时温度由于工作温度接近或者超过回火温度，易造成模具的二次回火造成模具硬度降低和，模具变形。
真空PVD镀膜涂层可以解决部分压铸模具碰到的问题，通过在模具表面沉积一层涂层，这一类的涂层的显著特点是具有较高的厚度和耐高温性能，真空PVD镀膜涂层的加入可以有效的改善抗高温性能，表面硬度和抗氧化性，同时表面涂敷的真空PVD镀膜涂层可以抵抗冲击金属液体的冲击。常见的压铸模具涂层有TiAlN，AlCrN和AlTiCrN等。常见的思路是利用一层较硬的真空PVD镀膜涂层来抵抗金属液体带来的高温以及对模具的冲刷等。
以上几种涂层都具有较好的耐高温性能和低于0.5的对钢摩擦系数，可以有效的解决黏料和骤冷骤热造成的变形。同时几种涂层的硬度均高于HV3000，而且在高温下可以有效的保持硬度，可以抵御高温金属液体对模具造成的应力变形。
有涂层公司针对此问题研发了真空PVD镀膜涂层前处理的新技术，结合其它表面技术和真空PVD镀膜涂层复合作用，在改善液体金属粘模和热龟裂方面取得了一定的成绩。例如HCVAC研发了一款设备可以在同时完成压铸模具的软氮化+真空PVD镀膜涂层，有效的解决了传统涂层和氮化基体之间结合力差的问题，进一步提高了压铸模具的使用寿命。还有大多数公司则采用厚涂层的概念通过沉积足够厚度的涂层来提高模具的使用寿命。我在这里解析下压铸模具涂层的处理工艺。
ALTiCrN压铸模具工艺
生产设备HC380镀膜机，靶材配置Cr靶1组， AlTi靶2组；
镀膜方式：电弧离子镀
工艺路线：
1.清洗，将工件表面残留的物处理后放入超声波清洗机种清洗；
2.烘干，在烘箱中庸80℃的热风烘干工件表面的水分；
3.喷砂，用三氧化二铝砂清理模具表面；
4.装载模具
5.运行工艺
涂层抽真空3*10-2Pa
加热到450℃
抽真空至5*10-3Pa
沉积厚度1um的CrN，真空度0.8Pa，电流120A，偏压80V
沉积厚度1um的CrN+AlTiN，真空度2Pa，Cr靶电流120，AlTi 靶140A，偏压70V
沉积厚度1um的AlTiN，真空度3Pa，AlTi靶140A，偏压40V
沉积厚度1um的CrN+AlTiN，真空度2Pa，Cr靶电流120，AlTi 靶140A，偏压70V
沉积厚度1um的AlTiN，真空度3Pa，AlTi靶140A，偏压40V
沉积厚度1.5umCrAlTiN，真空度3.5PaCr靶电流100A，AlTi靶150A，偏压60V
CrN-CrAlTiN-AlTiN- CrAlTiN-AlTiN-CrAlTiN组成
Cr元素的加入提高了涂层的韧性使得涂层厚度的可以达到理想的数值，该工艺厚度6-8um。可以有效的减少压铸模具生产过程中各种失效现象的产生。大大提升压铸模具的使用寿命。
.小结
真空PVD镀膜涂层技术是一门介于材料学、物理学、电子学、化学、社会环境科学等的新型技术。核心技术应用于金属加工，制造业生产等方面，其旨在促进现代切削刀具和制造加工业的高速发展。压铸模具所采用的真空PVD镀膜涂层工艺，可显著提高产品表面硬度、耐磨性、耐蚀性、耐热性以及润滑性，大力提升模具、零件的品质(如表面粗糙度、耐磨性、精度等)和使用寿命，使其有效的发挥模具的潜能。
