PVD涂層技術在我國刀具制造中的現狀及發展
發布時間：2017-01-03
物理氣相沉積（PVD）是一種表面處理的標準化稱謂。從高精密加工刀具、裝飾件、高要求機械零部件到高精密集成電路的模具等等具有很廣泛的用途，它是一種真正能夠獲得微米級鍍層且無污染的PVD膜可環保型表面處理方法，且在不影響工件原來的尺寸情況，用來改善表面的外觀，提高表面的強度，增強耐磨性，而且具有很好的導熱，防腐蝕及防刮擦的能力。
PVD技術出現于二十世紀七十年代末，由于其工藝處理溫度可控制在500℃以下，因此可作為最終處理工藝用于高速鋼類刀具的涂層。由于采用PVD工藝可大幅度提高高速鋼刀具的切削性能，所以該技術自八十年代以來得到了迅速推廣，至八十年代末，工業發達國家高速鋼復雜刀具的PVD涂層比例已超過60%。
我國PVD涂層技術的研發工作始于八十年代初期，至八十年代中期研制成功中小型空心陰極PVD離子鍍膜機，并開發了高速鋼刀具TiN涂層工藝技術。在此期間，由于對切削刀具涂層市場前景看好，國內共有七家大型工具廠從國外引進了大型PVD涂層設備。技術及設備的引進調動了國內PVD技術的開發熱潮，許多科研單位和各大真空設備廠紛紛展開了大型離子鍍膜機的研制工作，并于九十年代初開發出多種PVD涂層設備。但由于多數設備性能指標不高，無法保證刀具涂層質量，同時預期的市場效益未能實現，因此大多數企業未對PVD刀具涂層技術作進一步深入研究，導致近十年國內PVD刀具涂層技術的發展徘徊不前。盡管九十年代末國內成功開發出硬質合金TiN-TiCN-TiN多元復合涂層工藝技術并達到實用水平，CNx涂層技術的研發也有重大突破，但與國際發展水平相比，我國的刀具PVD涂層技術仍落后十年左右。目前國外刀具PVD涂層技術已發展到第四代，而國內尚處于第二代水平，且仍以單層TiN涂層為主。
3.1不適應刀具涂層市場的變化涂層刀具的應用與切削加工技術緊密相關，與九十年代不同，目前的應用更多地集中于硬質合金可轉位刀片、高速齒輪刀具、硬質合金棒式刀具及部分異型刀具。應用于數控機床，其切削加工速度通常高于100m/min，而單一的TiN薄膜已難于滿足使用要求。目前國內商業應用PVD技術，仍以高速鋼刀具涂層為主，盡管市場對涂層刀具的需求不斷上升，例如重慶地區的刀具涂層加工總額已從2000年的100萬元增長到了今年的1000萬元以上，但應用領域仍以摩托車齒輪加工等行業為主，切削速度大多低于50m/min；而在硬質合金刀具領域應用較少，其大多數高端涂層刀具產品被國外涂層公司所壟斷，尤其是國外刀具涂層加工服務中心的出現，使國內的涂層加工服務企業面臨更加嚴峻的競爭局面。
3.2、對新工藝的研發重視不夠盡管八十年代國內引進了當時最先進的PVD技術，但當時PVD技術尚處于發展初期，國內對其后續發展空間及發展速度無法充分估計；此外，物理涂層技術是集電子物理、材料、真空控制技術于一體的新型技術，在研究、生產、應用等方面對人員配置有較高要求，而大部分引進PVD技術的企業偏重生產，對開發人員及資金配置不足，難以推動工藝技術的進一步自主開發，新工藝、新技術仍需再引進，而再引進的費用十分昂貴，因此影響了國內涂層技術新工藝和裝備的研發。
3.3、涂層設備開發制造存在的問題八十年代后期，國內真空設備制造廠及一些科研單位對PVD刀具涂層市場過于樂觀，各自紛紛加大各類PVD涂層設備的開發力度，但由于缺乏對刀具及其涂層技術的深入了解，也未加強與工具廠的合作，所開發的涂層設備大部分無法滿足刀具涂層工藝的要求，尤其是精密高速鋼刀具涂層技術尚達不到批量生產水平。這類設備大多只能用于麻花鉆的涂層，由于麻花鉆涂層費用極低，相應涂層設備的利潤也很低，因此進入九十年代后，大部分真空設備制造廠已把發展方向轉向其他行業(如裝飾涂層等)。
3.4、整體配套性差，應用基礎研究缺乏整體配套性差、應用基礎研究缺乏一直是困擾國內刀具涂層技術發展的瓶頸。目前刀具涂層的趨勢是以發展涂層加工中心為主，因此技術的整體性極為關鍵，前處理技術、涂層工藝技術、后處理技術及質量控制技術都是應予考慮的。而國內涂層設備制造商大多僅以提供涂層主機為主，這種模式阻礙了工業化生產的快速推進；另一方面也造成設備制造商與市場的嚴重脫節，制約了技術的良性發展，使得創新無從談起。
3.5、涂層質量的不穩定制約了涂層技術的推廣應用引進設備的高昂價格，造成涂層價格的居高不下，涂層費用甚至超過了刀具價格的50%，此外由于引進的渠道不一，設備選擇的依據不同，導致設備工藝水平相差較大，從而影響了涂層刀具的使用效果；同時又由于國產涂層刀具的質量不穩定，涂層刀具檢驗標準不齊全，因此在應用領域造成了涂層價格高，但涂層質量不穩定，刀具性能改善不明顯的印象，嚴重影響了該技術的推廣應用及發展。
4.1、加強該項目的規劃及管理工作工具行業管理部門應加強該項目的規劃及管理工作，明確我國短、中、長期發展目標，確立有計劃不間斷發展的方針，并通過"官、產、學、研、商"的結合，使項目在政策上和資金上都能得到有利地支持。實際上八十年代中期，機械工業部機床工具司為阻止PVD涂層設備進口事態的進一步擴大，組織了全行業的力量對引進設備進行攻關，其中所開發的熱陰極弧磁控等離子鍍膜機，已成功的在工具行業推廣應用，并因此帶動了國內TiN涂層刀具的普及應用。
4.2、確立研究及開發新思維刀具涂層技術集材料、制備方法、真空技術、切削加工技術于一體，既具有綜合性，又具有前沿性，要實現良性發展，必須樹立合理的、整體的研發思路。從國內幾十年的刀具涂層技術的發展看，各研究環節的脫節是制約其發展的癥結。開發的思路應遵循：市場調研→薄膜性能研究→制備方法研究→實驗室裝置開發→應用基礎研究→工業化生產設備設計制造→應用工藝技術研究→市場評定，并形成循環。
4.3、建立統一的研究、開發、服務體系、行業標準建立統一的研究、開發、服務體系，根據國內外市場的需求，有系統地引進國際先進技術，加強對引進技術的消化吸收及協作研究工作，并逐步達到自我開發的水平，最終實現參與國際市場競爭。
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