PVD還是CVD?如何更好地理解塗層的選擇和應用?

2021-01-15 刀具界

PVD和CVD是目前刀具和模具上在表面處理方面非常常用的處理方式，CVD是基於化學的氣相沉積，而PVD是基於物理氣相沉積，由於他們在原理上有所區別，造成了其在最終塗層結果也不同，在應用上各有側重

PVD相比CVD要薄，CVD的塗層厚度是10~20μm， 而PVD 的塗層厚度只有3~5μm 左右。PVD的處理溫度大概在500℃左右，而CVD 的爐內溫度在800~1000℃。由此可見，正因為溫度很高，所以CVD 對其被處理的材料有耐高溫的要求。我們在CVD 處理的刀具上幾乎看不到除了硬質合金以外的其他材料，因為主流的切削材料中只有硬質合金才能承受那麼高的溫度。

除此之外，CVD塗層由於其厚度較厚，處理溫度較高，在冷卻時表面容易產生拉應力，從而形成細微的裂縫。這些裂縫在受到外力衝擊的情況下（ 譬如: 銑削） 容易擴展，一旦擴展到貫穿整個塗層時就會發生塗層剝落， 從而使刀具基體失去塗層的保護。所以，CVD塗層的刀具被大量應用在車削刀片上，因為車削在整個切削過程中，承受的切削力是均勻而且連續的，此時CVD塗層由於厚度帶來的耐磨特性就會體現的很明顯。

反觀，以銑削為代表的斷續切削。在切削過程中，刀刃的不斷切入切出衝擊著塗層及刀具表面。PVD較低的處理溫度（500℃左右），使它在冷卻過程中會形成壓應力而非拉應力，從而產生阻止裂縫生成及擴展的效果。另外，由於PVD 塗層厚度薄，對刀刃的幾何形狀改變不大，可以在很大程度上保留了刀刃的鋒利程度也減小了切削力和切削熱的產生。綜上所述，可見PVD 更適用於斷續的銑削加工的情況以及幾乎所有的整體類刀具。

針對PVD與CVD塗層給客戶帶來的不同便利，科匯欲全面完善塗層業務。今年九月，深圳科匯確定購入一臺CVD塗層機器，屆時，客戶朋友將能更及時便捷地體會科匯為其提供的超高性價比的塗層服務。

公正地來講，CVD與PVD相比，還有一個目前普通PVD 技術難以趕超的優勢，即最常用的CVD 塗層材料——三氧化二鋁(Al2O3)。三氧化二鋁有著非常好的物理和化學穩定性，堅硬耐磨且成本極低，但由生成工藝上的掣肘使得其很難在普通PVD 上進行實現。當然由於PVD 在其它方面的諸多優點，同時由於其在塗層材料上近年來的不斷擴展，它的性能已經在越來越多的方面逐漸優於CVD了。其目前在世界刀具市場上的佔有率也從十幾年前的20%~30% 逐步提高到現在超過50%。


PVD與CVD塗層工藝的比較


 

 

 

物理氣相沉積（PVD）

沉積溫度

塗層厚度

塗層表面

狀態

主要塗層

材料

塗層結合

強度

主要應用領域

500℃或更低；沉積溫度低；基體硬度強度不降低。

3~5μm，塗層較薄，刃口鋒利。

塗層為壓應力，有利於抑制裂縫的擴展，刃口可不作鈍處理 ，表面緻密粗糙度低。

TiN

TiCN

TiALN Al2O3

AlCrN

MoS2

WC/C

 

低

1.高速鋼通用刀具：鑽頭、絲錐、立銑刀；2.高速鋼精密複雜刀具：拉刀、齒輪刀具；3.整體硬質合金刀具；4.可轉位螺紋刀片、切斷、切槽刀片。

化學氣相沉積（CVD）

1000℃沉積溫度高，基體強度硬度降低。

10~20μm或更厚，適合於開發多層厚膜塗層。

塗層為拉應力，易生成裂縫，分口必須鈍化處理，表面較粗糙。

TiN

TiC

TiCN

Al2O3

ZrO2

高

1.硬質合金可轉位刀片：車刀片、銑刀片；2.金剛石塗層。


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