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球磨型膜厚磨损测试仪
球磨型膜厚测试仪
Calotest为您提供简单快速并且低成本的膜厚测量方法。一个半径精确已知的磨球由自身重力作用于镀膜试样表面并进行自转。在测试过程中，磨球与试样
的相对位置以及施加于试样的压力保持恒定。磨球与试样间的相对运动以及金刚石颗粒研磨液的共同作用将试样表面磨损出一球冠形凹坑。随后的金相显微镜观测可
以获得磨损坑内涂层和基体部分投影面积的几何参数。在得知了X和Y的长度后，涂层的厚度D可以通过简单的几何公式计算得出。
膜厚及磨损测
试仪Calowear将这个原理更加深了一步。通过监测球体施加在试样上的载荷，我们可以更好的控制薄膜的磨损。研磨液以恒定速率自动滴加在球体与试样界
面，构成一个稳定的三体磨损系统。
Calowear不是一次性的磨损试样表面，而是将磨损过程分成几个不同的阶段来完成。磨损坑的形状以
及法向力的数值在每阶段的磨损后进行记录。由此，薄膜以及基体的磨损率可以精确的计算出来
1. PVD的含义 —
PVD
是英文Physical Vapor
Deposition的缩写，中文意思是“物理气相沉积”，是指在真空条件下，用物理的方法使材料沉积在被镀工件上的薄膜制备技术。
2.
PVD镀膜和PVD镀膜机 —
PVD(物理气相沉积)镀膜技术主要分为三类，真空蒸发镀膜、真空溅射镀和真空离子镀膜。对应于PVD技
术的三个分类，相应的真空镀膜设备也就有真空蒸发镀膜机、真空溅射镀膜机和真空离子镀膜机这三种。
近十多年来，真空离子镀膜技术的发展是
最快的，它已经成为当今最先进的表面处理方式之一。我们通常所说的PVD镀膜
，指的就是真空离子镀膜；通常所说的PVD镀膜机，指的也就是真空离子镀膜机。
3. PVD镀膜技术的原理 —
PVD镀
膜（离子镀膜，沉积温度600℃以下，是利用辉光放电、热弧放电和冷场弧光放电等离子体的能量来降低沉积温度，可以在高速钢、热作工具钢和某些冷作工具钢
的回火温度以下沉积氮化钛、金刚石、氮铝钛、氮化碳等硬质涂层。广泛用于各种钢制精密工具、精密模具的表面处理，提高使用寿命3-10倍，提高加工效率
50%以上。改善被加工零件的表面光洁度和尺寸精度、降低成本。
）技术，其具体原理是在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，
利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。
4.
PVD镀膜膜层的特点 —
采用PVD镀膜技术镀出的膜层，具有高硬度、高耐磨性（低摩擦系数）、很好的耐腐蚀性和化学稳定性等特点，膜层
的寿命更长；同时膜层能够大幅度提高工件的外观装饰性能。
5. PVD镀膜能够镀出的膜层种类 —
PVD镀膜技术是一种
能够真正获得微米级镀层且无污染的环保型表面处理方法，它能够制备各种单一金属膜（如铝、钛、锆、铬等),氮化物膜（TiN、ZrN、CrN、
TiAlN）和碳化物膜（TiC、TiCN),以及氧化物膜（如TiO等)。
6. PVD镀膜膜层的厚度 —
PVD镀膜
膜层的厚度为微米级，厚度较薄，一般为0.1μm ～ 5μm，其中装饰镀膜膜层的厚度一般为0.1μm ～ 1μm
，因此可以在几乎不影响工件原来尺寸的情况下提高工件表面的各种物理性能和化学性能，镀后不须再加工。
PVD膜层能直接镀在不锈钢以及硬质合金上，对锌合金、铜、铁等压铸件应先进行化学电镀铬，然后才适合镀PVD。
7.
PVD镀膜能够镀出的膜层的颜色种类 —
PVD镀膜目前能够做出的膜层的颜色有深金黄色，浅金黄色，咖啡色，古铜色，灰色，黑色，灰黑
色，七彩色等。通过控制镀膜过程中的相关参数，可以控制镀出的颜色；镀膜结束后可以用相关的仪器对颜色进行测量，使颜色得以量化，以确定镀出的颜色是否满
足要求。
8. PVD镀膜与传统化学电镀（水电镀）的异同 —
PVD镀膜与传统的化学电镀的相同点是，两者都属于表面处
理的范畴，都是通过一定的方式使一种材料覆盖在另一种材料的表面。两者的不同点是：PVD镀膜膜层与工件表面的结合力更大，膜层的硬度更高，耐磨性和耐腐
蚀性更好，膜层的性能也更稳定；PVD镀膜不会产生有毒或有污染的物质。
9. PVD镀膜技术目前主要应用的行业 —
PVD
镀膜技术的应用主要分为两大类：装饰镀膜和工具镀膜。装饰镀的目的主要是为了改善工件的外观装饰性能和色泽同时使工件更耐磨耐腐蚀延长其使用寿命；这方面
主要应用五金行业的各个领域，如门窗五金、锁具、卫浴五金等行业。
工具镀的目的主要是为了提高工件的表面硬度和耐磨性，降低表面的摩擦系
数，提高工件的使用寿命；这方面主要应用在各种刀剪、车削刀具（如车刀、刨刀、铣刀、钻头等等）、各种五金工具（如螺丝刀、钳子等）、各种模具，镀过
PVD 膜层后，其使用寿命能够提高 5~40 倍；同时由于 PVD
膜层的非常细腻及摩擦系数小的特点，机床的车削速度和被加工表面的光洁度也都有很大的提高。这使得生产企业的效率大幅提高，其产品的加工精度和外观也得到
了改善，能够为企业带来更多的效益。
10. PVD镀膜（离子镀膜）技术的主要特点和优势 —
和真空蒸发镀膜真空溅射镀
膜相比较，PVD离子镀膜具有如下优点：
1
．膜层与工件表面的结合力强，更加持久和耐磨(卓越的附着力，可以折弯90度以上不发生裂化或者剥落)
2
．离子的绕射性能好，能够镀形状复杂的工件
3 ．膜层沉积速率快，生产效率高
4 ．可镀膜层种类广泛
5
．膜层性能稳定、安全性高（获得FDA认证，可植入人体）
真空蒸发镀膜 真空溅射镀膜 真空离子镀膜 三种镀膜方式的比较
比
较项目
真空蒸发镀膜
真空溅射镀膜
真空离子镀膜
压强（×133Pa）
10E-5~10E-6
0.15~0.02
0.02~0.005
粒子能量
中性
0.1~1eV
1~10eV
0.1~1eV
离子
－
－
数百到数
千
沉淀速率（微米 / 分）
0.1~70
0.01~0.5
0.1~50
绕
射性
差
较好
好
附着能力
不太好
较好
很
好
薄膜致密性
密度低
密度高
密度高
薄膜中的气孔
低温时
较多
少
少
内应力
拉应力
压应力
压应力
11.PVD
镀膜的成本——
虽然使用PVD镀膜技术能够镀出高品质的膜层，但是PVD镀膜过程的成本其实并不高，它是一种性价比非常高的表面处理方
式，所以近年PVD镀膜技术发展得非常快。PVD镀膜已经成为五金行业表面处理的发展方向。
12.PVD镀膜设备部分组成——
PVD镀膜设备主要由真空腔体、真空抽气机组、水冷系统、电源系统、控制系统等几大部分组成。
13.真空腔体和真空抽气机组对PVD镀
膜设备重要性——
两者都很重要，他们在很大程度上决定了PVD镀膜设备运行的稳定性和使用寿命。真空腔体所采用的材料的质量、腔体的厚
度、腔体的水冷方式、腔体焊接方式和组装的气密性、腔体材料的放气率等对镀膜质量都有很大影响；真空抽气机组的抽气速率的稳定性、在不同真空度下的抽气能
力以及真空抽气机组的故障率对整个镀膜系统的性能及连续运转能力的影响也非常大。所以这两者对PVD镀膜设备说都很重要
14.PVD镀膜
设备是操作——
PVD镀膜设备非常成熟和可靠，操作和控制的自动化程度很高，所以比较容易操作。具有高中或中专文化程度的人员，经过一个月左右的培训后，一般就可以使用
该设备进行镀膜、对设备进行维护以及对设备进行一些简单的维修了。每台镀膜机只需一个操作人员
类别
实际应用
推
荐膜层
装饰镀
室内外各种五金用品、饰品
ZrN, TiN
厨房五金、卫浴五金
ZrN,
CrN, TiAlN
工具镀
车削刀具（车刀、铣刀、刨刀、钻头等）
TiN, TiAlN,
TiCN,CrN
模具
CrN
机械装置（活塞环及其它）
CrN
PVD
离子镀膜层不易剥落、氧化、褪色，表面不易形成污垢，擦洗简单，而且镀膜成本低。可以在不锈钢、铁、铜、钛合金、锌合金等不同基材上镀制以下膜层：
纯
钛（ Ti ）
氮化钛（ TiN ）
氧化钛（ TiO ）
纯锆（ Zr ）
氮化锆（
ZrN ）
碳化钛（ TiC ）
纯铬（ Cr ）
氮化铬（ CrN ）
碳氮化钛（
TiCN ）
氮化铝钛（ TiAlN ）
PVD
镀膜膜层目前常见的颜色主要有：深金黄色，浅金黄色，咖啡色，古铜色，灰色，黑色，灰黑色，七彩色, 蓝色等。
例子——PVD表面涂层装
备
CTI-830热弧等离子磁控涂层装备
PVD TiN涂层断口扫描SEM照片（HV2000-2200）
CTI-
830热弧等离子磁控涂层设备，主要技术指标如表中所示：
型号
CTI-830
可涂层材料
TiN
沉积室尺寸
钟罩式，Φ830×H640（装Φ75×H75滚刀484件，Φ6钻头1080件）
工件类
型
12轴自转和公转
电子枪功率
10KW
极限真空度
<5×10
-4 Pa
漏气率
<5×10 -3 乇·升/秒
抽气速率
抽至5×10 -3
Pa≤20分
真空系统
机械泵，分子泵（或扩散泵），电磁阀门，电动阀门
供气系统
Ar、
N 2 、CH 4 (或其它气体)，分别用质量流量计调节
烘烤加热
等离子和电子束加热；内热式辅助加热
总
功率
60KW
电源
220/380V，50Hz
占地
30－40M 2
冷却水
4吨/小时，水压>3公斤
与此同时，我们还应该清醒地看到，真空涂层技术的发展又是严重
不平衡的。由于刀具、模具的工作环境极其恶劣，对薄膜附着力的要求，远高于装饰涂层。因而，尽管装饰涂层的厂家已遍布各地，但能够生产工模涂层的厂家并不
多。再加上刀具、模具涂层售后服务的欠缺，到目前为止，国内大多数涂层设备厂家都不能提供完整的刀具涂层工艺技术(包括前处理工艺、涂层工艺、涂后处理工
艺、检测技术、涂层刀具和模具的应用技术等)
工模具PVD 的工作步骤
工模具 PVD
基本工艺流程可简述为：IQC→前处理→PVD→FQC，分别介绍如后。
IQC ： IQC(In Quality
Control)的主要工作除了常规的清点数量
，检查图纸与实物是否相符外，还须仔细检查工件表面，特别是刃口部位有无裂纹等缺陷。有时对于一些刀具、刀粒的刃口，在体式显微镜下观察，更方便发现问
题；另外，IQC
的人员还要注意检查待镀膜件有无塑胶、低熔点的焊料等，这些东西如果因漏检而混入镀膜程序，则将在真空室内严重放气，轻者造成整批产品脱涂层，重者使原本
OK 的产品报废，后果不堪设想。
前处理工艺(蒸汽枪、喷砂、抛光、清洗)：前处理的目的是净化或粗化工件表面。
净化就是要去除各种表面玷污物，制备洁净表面。通常使用各种净化剂，借助机械、物理或化学的方法进行净化。粗化与光蚀相反，其目的在于制备粗糙的表面以提
高喷涂 层或涂料装饰的结构强度。 现在已有的前处理主要方法为：高温蒸洗、清洗、喷砂、打磨、抛光等方法 。高温蒸洗 目前，PVD
车间常用的高温蒸洗设备是蒸汽枪。它的最大工作温度可达145℃，气压在3~5巴左右。由于模具中经常带有一些细小孔、螺纹孔，孔内中常常有油污、残余冷
却液等杂质，用常规清洗的方法难以除去。此时，高温蒸洗设备便可最大程度的发挥它的优越性;
清洗:①超声波除蜡→②过水→③超声波除油→④过水→⑤超声波自换→⑥过水→⑦过纯水→⑧强风干燥 )
PVD
涂层工艺(加热、离子清洗、涂层、冷却、工艺气体、气压、温度、溅射功率)
FQC :意思是功能质量控制 ，
它有别与一般意义上的OQC(Out Quality Control) 。FQC
的内容主要包括外观检查、层深检查、附着力检查、耐磨性检查、抗蚀性检查、模拟性测试等方法
外观检查：
对于开门取件后的产品，应仔细检查表面有无裂纹、掉涂层、疏松等缺陷。对于刀具、刀粒，还需在显微镜下仔细检查它们的刃口状态。
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