涂层技术——工业工具的续命仙丹

材料牛注：工业工具的磨损一直是个“老大难”问题，传统的镀铬工艺由于六价铬的致癌性而慢慢废止，PVD和热喷涂也有其固有的局限性，而CVD涂层能够减少成形工具的磨损，提高刀具的寿命，保持工件表面的光洁度，还能减少停机时间，降低废品率。

简介

工业应用常常会使用比较复杂的工具，如挤出、注塑以及一些其他材料成型技术。成本密集型加工和精加工等加工工具的制作依赖于硬质合金和工具钢等硬质材料。例如，挤压模具控制着制品的外管形貌，模具一旦受到腐蚀或者磨损，就不能继续进行加工了。由此带来的这些问题可能会影响生产效率，并增加额外的停机时间成本。

大块硬质材料加工工具的使用虽然可以减少磨损等相关问题，但是如果被加工制件形状独特不利于加工，那么将非常具有挑战性，并且成本也随之升高。替代方法就是使用较硬的工具并涂覆硬质涂层。例如，硬质合金钢易于成型，在其表面涂覆以形成一个硬质表面。综合作用的结果就是，工具寿命增加，表面质量恶化的风险也大大降低。该法提高了生产率，减少了工具磨损以及工具替换的成本。

工艺方案—新工艺VS传统工艺

镀硬铬（HCP）、物理气相沉积（PVD）和热喷涂是应用于工业工具的传统方法。每一种方法都有自己的局限性。要得到厚而稳定的涂层可以使用热喷涂法，但是其表面易粗糙、多孔，需要进行研磨，不能用于形状复杂的工具；制备厚度小于4μm硬而薄的涂层，可以用PVD的方法，但它的承载能力很有限。这些涂装方法的应用都要归功于瞄准线稳定技术，但这样的涂装方法不适合复杂的设计和内部表面的施镀。虽然镀铬一定程度上可以实现耐磨损和腐蚀，但是由于六价铬盐的致癌作用，欧盟将淘汰该工艺，到2017年将禁止使用。同时，美国职业安全与健康管理局（OSHA）也对其进行了严格的限制。

化学气相沉积（CVD）是一个原子一个原子从气相开始结晶，形成一个可以分布在外内部表面、复杂的形状的适形涂层。化学气相沉积发生在温度大约500°C真空反应室中，此时形成涂层的微观矩阵由1 - 10nm的碳化钨纳米颗粒均匀分布着。纳米材料具有独特的裂纹、韧性和抗冲击特性。

纳米结构CVD涂层的优点

CVD技术扩展了硬涂层的应用领域，该技术能在内外部表面和复杂形状的制件上均匀涂装。这种性能对于处理研磨材料的工具来说是至关重要，如塑料、金属注塑、挤压木塑复合板材、粉末成型和造球作业等。此外，CVD涂层能够减少材料成形工具的磨损，可使刀具的寿命提高三倍，同时保持工件表面的光洁度，减少停机时间，降低废品率。