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Vietnamese 切削工具和金屬零件通常使用先進的塗層，例如 PVD vs CVD 以改善硬度、耐磨性、防腐性等表面特性。但是這兩種常見的塗層製程有什麼區別呢？
在本指南中，我們將探討 PVD 和 CVD 方法之間的主要區別、所產生的鍍層特性、理想應用，以及切削刀片和端銑刀的優點。
PVD 與 CVD 鍍膜製程如何運作
PVD（物理氣相沉積）是指將目標基板置於真空室中，然後利用磁控濺射或蒸發將鍍膜材料氣化。這些蒸氣會凝結並均勻地沉積在基板表面，形成薄膜塗層。溫度範圍通常為 200-500°C。
CVD (化學氣相沉積) 透過甲烷、氫和氨等前體氣體之間的化學反應來鍍層表面。這些反應物在加熱的表面分解並產生反應，從而均勻地沉積出所需的塗層。CVD 反應在 900-1100°C 的極高溫下進行。
塗層特性和性能的差異
PVD 製程可製造出較薄、較致密且均勻的塗層，厚度通常為 1-5 微米。CVD 可以沉積更厚的鍍層，厚度可達 30 微米，附著力極佳，但在複雜的幾何形狀上則不夠均勻。
PVD 塗層由於密度較高，因此往往更堅硬、更耐磨。CVD 塗層可承受更高的溫度，超過 1000°C 而 PVD 約為 750°C。
常見的 PVD 鍍層有氮化鈦 (TiN)、氮化鈦鋁 (TiAlN) 和氮化鉻 (CrN)。CVD 選項包括碳化鈦 (TiC)、氮化鈦 (TiN) 和碳化矽 (SiC)。
PVD 和 CVD 的最佳應用
PVD 能夠均勻地為小而複雜的部件進行鍍膜，因此非常適用於切削工具，例如銑刀、手術器械、發動機部件和裝飾性表面處理。
CVD 具有優異的附著力和耐熱性，適用於機械零件的合金、半導體的擴散障礙層以及防腐塗層。
銑刀刀片與切削刀具的 PVD 與 CVD 比較
對於銑削刀片和切削刀具，PVD 的硬度可提高耐磨性和刀具壽命。然而，CVD 鍍層可降低切削力。CVD 也能更好地承受較高的切削溫度。
PVD 塗層立铣刀在鋁和非鐵合金的高速加工中表現優異。CVD 刀片在加工鈦、鎳和鈷合金時表現良好。為了達到最佳效能，請選擇適合您工件的 PVD 或 CVD 鍍層。
最受歡迎的硬質合金工具塗層類型
氮化鈦 (TiN)
萬能主力車： TiN 是最成熟且廣受認可的工具鍍層之一，其特有的金黃色澤非常容易識別。TiN 兼具高硬度與低摩擦係數的優點，是應用廣泛且具成本效益的多用途選擇。
| 特點 | 說明 |
| 硬度 | 約 2,300 HV（維氏硬度） |
| 最高操作溫度 | ~600°c (1,100°f) |
| 摩擦係數 | ~0.4 |
| 主要優勢 | 良好的耐磨性、減少摩擦與發熱、防止材料黏著（堆疊邊緣）。 |
| 典型應用 | 一般用途的鑽孔、銑削及車削，適用於有色金屬材料及中低合金鋼。 |
碳氮化鈦 (TiCN)
增強硬度與耐磨性： 透過在氮化鈦基材中加入碳，TiCN 鍍層與 TiN 相比，具有更高的硬度和更佳的潤滑性。
| 特點 | 說明 |
| 硬度 | 約 3,000 HV |
| 最高操作溫度 | ~400°C (750°F) |
| 摩擦係數 | ~0.2 |
| 主要優勢 | 硬度與耐磨性極佳，摩擦力比 TiN 低。 |
| 典型應用 | 加工鑄鐵、含矽量高的鋁合金及不鏽鋼等研磨材料。也用於沖壓和沖孔作業。 |
氮化鈦鋁 (TiAlN) 和氮化鈦鋁 (AlTiN)
高溫冠軍： 這些塗層是高速和乾式加工應用的首選。添加鋁可在高溫下形成氧化鋁保護層，大幅提升塗層的熱穩定性和抗氧化性。TiAlN 和 AlTiN 的主要區別在於鋁鈦比例，AlTiN 的鋁含量較高，通常具有較佳的高溫性能。
| 特點 | 說明 |
| 硬度 | TiAlN: ~2,800 HV, AlTiN: ~3,400 HV |
| 最高操作溫度 | TiAlN: ~800°C (1,470°F), AlTiN: ~900°C (1,650°F) |
| 摩擦係數 | ~0.5 – 0.7 |
| 主要優勢 | 優異的耐熱性和抗氧化性，在高溫下仍能保持硬度。 |
| 典型應用 | 高速銑削、鑽孔及車削難加工材料，如硬化鋼、鎳基超合金及鈦合金。適合乾式或近乾式加工。 |
氮化鉻 (CrN)
Anti-Stick 解決方案： CrN 塗層以低摩擦係數和優異的抗黏著特性著稱。這使得它們特別適用於工件材料容易黏附在切削工具上的應用。
| 特點 | 說明 |
| 硬度 | 約 2,200 HV |
| 最高操作溫度 | ~700°c (1,300°f) |
| 摩擦係數 | ~0.3 |
| 主要優勢 | 優異的潤滑性、韌性及耐腐蝕性。不易形成翹邊。 |
| 典型應用 | 加工鋁、銅和黃銅等有色金屬材料。也用於成型和沖壓應用。 |
類鑽碳 (DLC)
無與倫比的非鐵金屬加工潤滑性： DLC 塗層結合了高硬度和極低的摩擦係數，接近鑽石的摩擦係數。因此，在加工非鐵金屬和研磨材料時，性能極為優異。
| 特點 | 說明 |
| 硬度 | 1,500 - 9,000 HV (依特定 DLC 類型而有顯著差異) |
| 最高操作溫度 | ~350°C (660°F) |
| 摩擦係數 | ~0.1 – 0.2 |
| 主要優勢 | 摩擦力極低、硬度高、耐磨性極佳。 |
| 典型應用 | 加工鋁合金、石墨、複合材料及其他非鐵金屬材料。由於在高溫下會產生化學反應，因此不適合加工鐵質材料。 |
不斷開發的新型改良塗層技術，持續突破加工性能的極限。結合了不同材料優點的多層塗層和納米複合塗層走在了創新的前列，為要求最苛刻的應用提供了更高的硬度、韌性和耐溫性。正確的塗層選擇是優化任何加工製程的關鍵因素，可提高生產力和零件品質。
常見氣相沉積塗層
- 氮化鈦 (TiN)： 某些等級的車削和鑽孔刀片也會使用 CVD TiN 鍍層，通常是多層鍍層方案的一部分。
- 碳氮化鈦 (TiCN)： 因其優異的耐磨耗性，常以 CVD 方式應用，特別是在鋼材加工上。
- 氧化鋁 (Al₂O₃)： 這是 CVD 鍍膜的特點。其在高溫下令人難以置信的熱穩定性和化學穩定性，使其成為鑄鐵和鋼材高速切削的完美選擇。它幾乎完全通過 CVD 應用。
常見的 PVD 塗層
- 氮化鈦 (TiN)： 最常見的 「金 」鍍層通常是透過 PVD 鍍製而成。這是一種多用途的通用鍍層，適用於鑽頭、銑刀和攻牙機。
- 氮化鈦鋁 (TiAlN)： 高性能的 PVD 塗層，以優異的耐熱性著稱。鋁在高溫下會形成氧化保護層，因此非常適合高速和乾式加工。
- 氮化鈦鋁 (AlTiN)： 與 TiAlN 相似，但鋁含量更高，在高溫應用中提供更高的硬度和優異的性能。它是一種頂級的 PVD 塗層，適用於加工硬化鋼和超合金。
- 氮化鉻 (CrN)： 此 PVD 鍍層具有低摩擦係數和抗黏著 (anti-stick) 的特性，因此非常適合加工鋁和銅等非鐵金屬材料。
- 類鑽碳 (DLC)： 專用的 PVD 塗層可提供極低摩擦力的表面，非常適合加工非鐵金屬和研磨材料，例如鋁合金、石墨和複合材料。
總表
| 塗層 | 主要方法 | 方法的主要特徵 |
| 氮化鈦 (TiN) | PVD & CVD | PVD 用於一般用途，CVD 常用於多層塗層。 |
| 碳氮化鈦 (TiCN) | PVD & CVD | CVD 可提供高耐磨性，PVD 可提供鋒利工具的韌性。 |
| 氧化鋁 (Al₂O₃) | CVD | 高溫及化學穩定性。 |
| 氮化鈦鋁 (TiAlN) | PVD | 高硬度和耐熱性；低溫應用可保持銳利度。 |
| 氮化鈦鋁 (AlTiN) | PVD | 優異的高溫硬度；低溫應用可保持銳利度。 |
| 氮化鉻 (CrN) | PVD | 低摩擦、防黏著；低溫使用可保持銳利度。 |
| 類鑽碳 (DLC) | PVD | 極佳的潤滑性；低溫應用可保持銳利度。 |
切削工具是 CVD 好還是 PVD 好？為什麼？
PVD 通常可提供更好的硬度，而 CVD 則可提供更高的耐溫性。PVD 最適合高速有色金屬加工，而 CVD 則適合鈦等堅硬材料。
PVD 與 CVD 塗層的溫度限制為何？
PVD 塗層在高達約 750°C 的溫度下表現良好，而 CVD 塗層在許多情況下可承受超過 1000°C 的溫度。
哪種塗層通常具有更好的附著力 - PVD 或 CVD？
由於採用了高溫化學結合製程，CVD 塗層通常具有優異的基材附著力。
哪些行業最依賴 PVD 和 CVD 塗層？
PVD 廣泛應用於醫療、航太、汽車、塑膠射出成型。CVD 常見於航太、發電、半導體和光學。
與 PVD 相比，CVD 塗層可塗多厚？
由於化學反應的關係，CVD 通常可沉積厚度達 30 微米的塗層。PVD 只限於較薄的塗層，通常在 5 微米以下。
總結
瞭解 PVD 和 CVD 鍍膜製程的獨特優點，就能針對應用選擇正確的技術。PVD 提供均勻性和硬度，而 CVD 則提供耐熱性和附著力。在切削工具方面，高精密非鐵金屬工件可選擇 PVD，而鈦和鎳合金等韌性材料則可選擇 CVD。有了正確的塗層，加工和零件性能就能達到最佳化。
