PVD-покрытие деталей

PVD-покрытие от DEK — керамическая плёнка нитрида титана (TiN), TiCN, TiAlN или CrN толщиной 1–4 мкм и твёрдостью 2 000–3 500 HV на деталях из стали, нержавеющей стали, титана и твёрдого сплава, которые мы обрабатываем на собственном производстве. Покрытие наносится только в составе заказа на механообработку.

PVD coating chamber applying titanium nitride to steel mold pins
  • 1–4 µm Толщина покрытия
  • 3 500 HV Макс. твёрдость
  • 7–10 дней Прототип с покрытием

Этапы работ: от обработки до покрытия

PVD осаждает плотную нитридную плёнку на твёрдую, чистую и гладкую деталь. Покрытие планируется вместе с механообработкой, термообработкой и шлифованием в рамках одного заказа и одного технологического плана.

  • 01

    Обработка на станках с ЧПУ

    DEK обрабатывает деталь на собственном производстве с точностью ±0,005 мм; припуск под покрытие закладывается в технологический план с первой операции.

  • 02

    Закалка и шлифование

    Основу, как правило, закаливают до 45 HRC и выше, затем шлифуют или полируют до Ra 0,2–0,4 мкм: плёнка не скрывает следов инструмента.

  • 03

    Кромки и маскирование

    Острые кромки притупляют радиусом не менее 0,05 мм; резьбу, отверстия под запрессовку и базовые поверхности закрывают пробками, колпачками или оснасткой.

  • 04

    Осаждение PVD

    В вакуумной камере при температуре около 200–500 °C материал мишеней из титана, хрома или алюминия реагирует с азотом или углеродсодержащим газом и конденсируется на детали.

  • 05

    Контроль и отчёт

    Толщину и адгезию покрытия проверяют и вносят в отчёт вместе с результатами измерений обработанных размеров на КИМ.

Возможности и ограничения PVD

Нитриды PVD придают точной детали твёрдость, термостойкость и цвет, но именно основа и условия эксплуатации определяют, подходит ли это покрытие.

  • Ключевые преимущества

    • Высокая поверхностная твёрдость: 2 000–3 500 HV в зависимости от состава плёнки, для узлов скольжения, формообразования и резания
    • Тонкая точная плёнка: 1–4 мкм, повторяет основу, Ra, плоскостность и круглость не меняются
    • Рабочая температура: TiN до 600 °C и TiAlN до 800–900 °C для деталей, работающих в горячем режиме или без смазки
    • Стабильный цвет: золотой, бронзовый, фиолетовый или почти чёрный, без потускнения и без разброса от партии к партии
    • Единый технологический план: механообработка, термообработка, шлифование и покрытие в рамках наших услуги обработки на станках с ЧПУ
  • Ограничения и альтернативы

    1. Низкое трение ниже 300 °C: выберите покрытие DLC для защиты от задиров на поршнях и уплотнениях скольжения
    2. Чёрный цвет без требований к износостойкости: чёрное оксидирование — экономичный вариант
    3. Износ на алюминии: твёрдое анодирование Type III на мягкой основе обычно работает лучше PVD
    4. Мягкие основы: 304, 316, алюминий, латунь и медь принимают декоративную плёнку с ограниченной несущей способностью
    5. Шероховатые поверхности: плёнка подчёркивает следы инструмента, поэтому сначала полируйте до Ra 0,2–0,4 мкм
    6. Пластиковые детали: DEK не наносит PVD на пластики, независимо от марки и назначения
Gold titanium-nitride-coating compared to bare steel on tooling

Что меняет PVD-покрытие: износ, цвет и нагрев

Нитрид PVD меняет то, как обработанная деталь изнашивается, выглядит и переносит нагрев, сохраняя при этом её геометрию и шероховатость поверхности.

  • Износостойкость

    TiN достигает 2 200–2 400 HV, а TiCN — 3 000 HV, с надёжной адгезией для узлов скольжения, формообразования и абразивного износа.

  • Золотое покрытие

    Золотой TiN — самое распространённое декоративное PVD-покрытие: стабильный цвет от партии к партии, отсутствие потускнения и стойкость к царапинам при повседневном обращении.

  • Тёмные цвета

    ZrN даёт более бледное золото, TiCN — тёмную бронзу или фиолетовый, а TiAlN — почти чёрный; цвет равномерен на сложной геометрии, поскольку определяется химическим составом плёнки.

  • Термостойкость

    Покрытие TiAlN сохраняет твёрдость до 800–900 °C, CrN — до 700 °C, а TiN — до 600 °C, для деталей, работающих в горячем режиме или без смазки.

  • Коррозия плюс износ

    CrN твёрдостью 1 800–2 200 HV и толщиной 2–6 мкм сочетает коррозионную стойкость и износостойкость с низкой адгезией к мягким металлам.

  • Сохранение геометрии

    Плёнка 1–4 мкм точно повторяет основу: Ra, плоскостность и круглость не меняются, а 2–3 мкм на боковых сторонах профиля резьбы укладываются в поле допуска 6H/6g.

Сравнение TiN, TiCN, TiAlN и CrN

Покрытие Цвет Твёрдость Макс. рабочая температура Толщина Оптимально для
TiN (нитрид титана) Золото 2 200–2 400 HV 600 °C 1–4 µm Общий износ, декоративное золото, медицинские инструменты, пуансоны
TiCN (карбонитрид титана) От сине-серого до фиолетового 3 000 HV 400 °C 1–4 µm Абразивный износ, формообразующие штампы, вырубные пуансоны
TiAlN / AlTiN От фиолетово-серого до чёрного 3 300–3 500 HV 800–900 °C 1–4 µm Детали, работающие в горячем режиме, знаки пресс-форм, оснастка для работы без смазки
CrN (нитрид хрома) Серебристо-серый 1 800–2 200 HV 700 °C 2–6 µm Коррозия в сочетании с износом, низкая адгезия к мягким металлам

Материалы-основы для PVD-покрытия

Стандартная основа — закалённая инструментальная сталь или легированная сталь твёрдостью 45 HRC и выше с температурой отпуска выше температуры камеры; для марок с низким отпуском, таких как O1, DEK назначает цикл при 200 °C.

Закалённая нержавеющая сталь, титан и вольфрамовый твёрдый сплав хорошо принимают покрытие. На алюминий, латунь и медь наносят только декоративные TiN или ZrN в низкотемпературном цикле.

Применение обработанных деталей с PVD-покрытием

Нитридные PVD-покрытия служат для деталей, которые должны противостоять износу, нагреву или эрозии, а также для деталей, которым нужна долговечная золотая или тёмная отделка — от знаков пресс-форм до хирургических инструментов.

Указания по проектированию и чертежам для PVD

PVD-плёнка тонкая, но не нулевая: планируйте основу, отделку до покрытия, кромки и покрываемые поверхности на чертеже, чтобы DEK мог обработать посадки под компенсированный размер.

  • Учитывайте толщину плёнки

    Плёнка добавляет 1–4 мкм на каждую покрываемую поверхность. Пуансон Ø8,000 мм с TiN 3 мкм после покрытия будет около Ø8,006 мм; для точных посадок указывайте 1–2 мкм.

  • Укажите: до или после покрытия

    Укажите, к какому состоянию относятся размеры: до или после покрытия. При надписи «Размеры после покрытия» DEK шлифует посадки в минус под толщину плёнки.

  • Отделка до покрытия

    Покрытие не скрывает следов инструмента: поверхности, которые после покрытия должны быть гладкими, сначала шлифуют или полируют до Ra 0,2–0,4 мкм (на чертеже «Ra ≤ 0,4 мкм»).

  • Притупление острых кромок

    Плёнка не держится на острой кромке, поэтому перед покрытием кромки притупляют радиусом не менее 0,05 мм.

  • Маскировать или покрывать полностью

    Маскируйте резьбу, отверстия под запрессовку и базовые поверхности либо покрывайте деталь полностью: 2–3 мкм на боковых сторонах профиля резьбы укладываются в поле допуска 6H/6g. Укажите «Везде, кроме резьбы» или заштрихуйте поверхности.

  • Учитывайте температуру отпуска

    Укажите «Закалить и отпустить до 58–60 HRC перед нанесением покрытия» и отметьте максимальную температуру процесса при низком отпуске, например для O1.

Характеристики PVD-покрытия

  • Твёрдость TiN 2 200–2 400 HV (требование ≥ 2 000 HV)
  • Твёрдость TiCN 3 000 HV
  • Твёрдость TiAlN 3 300–3 500 HV
  • Твёрдость CrN 1 800–2 200 HV
  • Толщина плёнки 1–4 мкм (CrN 2–6 мкм)
  • Толщина для точной посадки 1–2 µm
  • Температура камеры 200–500 °C
  • Твёрдость основы 45 HRC и выше
  • Шероховатость перед покрытием Ra ≤ 0,4 µm
  • Радиус кромки ≥ 0,05 мм
  • Резьба после покрытия В пределах 6H/6g при 2–3 мкм
  • Прототип с покрытием Около 7–10 дней, без минимальной партии
  • Расчёт Проверка инженером в течение 6 часов
  • Сертификаты ISO 9001:2015, ISO 13485, AS9100D

Часто задаваемые вопросы

Ответы о TiN, TiAlN и PVD-покрытии для деталей, которые DEK обрабатывает собственными силами.

Что такое PVD-покрытие и чем оно отличается от TiN?
PVD (физическое осаждение из газовой фазы) — вакуумный процесс нанесения плёнки, а нитрид титана (TiN) — одно из покрытий, которые им получают, наряду с TiCN, TiAlN, CrN и ZrN. TiN выбирают чаще всего: золотистая керамическая плёнка толщиной 1–4 мкм и твёрдостью около 2 300 HV даёт износостойкость и стабильный золотистый цвет на закалённой стали, нержавеющей стали, титане и твёрдом сплаве.
Изменяет ли PVD-покрытие размеры детали?
Да, на толщину плёнки на каждой поверхности, обычно 2–3 мкм. Ra и геометрия не меняются. Если на чертеже указано, что размеры даны после покрытия, DEK шлифует посадки в минус под толщину плёнки.
TiN или TiAlN: какое покрытие выбрать?
TiN — для общего износа, декоративного золотистого вида и работы ниже 600 °C. TiAlN — для деталей, работающих в горячем режиме, без смазки или при абразивном контакте: он сохраняет твёрдость до 800–900 °C. Оба наносят на те же основы и с близкой толщиной.
Наносите ли вы PVD-покрытие на нержавеющую сталь и алюминий?
Да. Закалённые 440C, 420 и 17-4 PH хорошо принимают покрытие. Аустенитные 304 и 316 и алюминий принимают декоративную плёнку, но мягкая подложка ограничивает несущую способность, поэтому они подходят только для внешнего вида и лёгкого износа.
Наносите ли вы PVD-покрытие на детали, обработанные в другом месте?
Нет. DEK наносит PVD-покрытия только на детали, которые обрабатывает собственными силами, в рамках того же заказа. Так твёрдость подложки, шероховатость перед покрытием и компенсация размеров остаются под нашим контролем.