内容简介
制造业是国家经济发展的基石，也是增强国家竞争力的基础。随着制造业从传统制造向智能制造发展，工模具工业的发展水平已经成为制造业进步的核心推动力之一。刀具作为制造加工的牙齿，是机械工业的基石。而模具是制造业中不可或缺的基础工艺装备，被誉为“工业之母”。涂层是高质量工模具研究的重点技术，也是国内外制造业领域关注的焦点。目前，对工模具基体设计及制造技术的介绍已经非常系统，而对工模具表面涂层技术及涂层材料的介绍相对不足。《涂层新视界：工模具镀膜技术全解析》针对工模具镀膜技术科普书籍缺乏的现状，采用较通俗的语言全面介绍工模具常用涂层技术原理及应用中经常遇到的工程技术问题，重点论述电弧离子镀和磁控溅射等技术中颗粒污染、微结构、力学性能、摩擦磨损性能以及工程化生产和制备参数之间的关联机制。此外，《涂层新视界：工模具镀膜技术全解析》还深入介绍各类工模具材料和涂层的质量控制及检测评估方法，并提供大量工模具涂层研究及应用实际案例。
目录
自序
前言
第一篇 镀膜技术入门篇
01 镀膜的基本概念（2）
02 PVD 镀膜技术（3）
03 真空不空（5）
04 镀膜真空的获取（9）
05 真空度的计量（14）
06 镀膜等离子体和闪电（18）
07 真空镀膜过程的气氛（21）
08 辉光放电过程的实现（23）
09 电弧的基本结构（26）
10 离子源及其主要作用（29）
11 气体流量的计量（32）
12 质量流量控制器（34）
13 PVD 镀膜中的靶阴极（36）
14 PVD 镀膜中的阳极（38）
15 镀膜阴极的靶电压（39）
16 镀膜阴极的靶电流（41）
17 PVD 镀膜中的基体偏压（47）
18 PVD 镀膜中的基体偏流（51）
19 PVD 镀膜中的离子刻蚀技术（53）
20 PVD 镀膜中的离化率（56）
21 蒸发镀膜技术（57）
22 EB-PVD 镀膜技术（60）
23 镀膜设备中的磁场类型及特点（62）
24 磁控溅射靶（65）
25 直流磁控溅射技术（67）
26 中频磁控溅射技术（68）
27 射频磁控溅射技术（71）
28 高功率脉冲磁控溅射技术（75）
29 离子束溅射技术（78）
30 阴极电弧离子镀技术（79）
31 直流电弧放电技术（81）
32 脉冲电弧放电技术（82）
33 矩形靶电弧放电技术（84）
34 柱状靶电弧放电技术（86）
35 脉冲激光沉积技术（88）
36 激光电弧离子镀膜技术（90）
37 过滤电弧放电镀膜技术（92）
38 PS-PVD 镀膜技术（94）
39 原子层沉积技术（96）
40 分子束外延技术（98）
41 阳极层离子源（100）
42 霍尔离子源（101）
43 ICP 离子源（102）
第二篇 镀膜技术提高篇（105）
01 常用的涂层技术指标及检测技术（106）
02 涂层的内应力问题（119）
03 涂层的高温硬度（121）
04 涂层的高温摩擦系数（123）
05 材料知识快速入门（125）
06 常用的刀具材料（127）
07 常用的模具材料（131）
08 常用的工模具热处理技术（133）
09 涂层是刀具的刚需（137）
10 涂层中需要控制的主要参数（139）
11 刀具入门基础（140）
12 刀具中的钝化处理技术（142）
13 模具入门基本知识（144）
14 模具前处理需要关注的事项（148）
15 工件表面粗糙度对涂层的影响（150）
16 工模具涂层前处理实施过程（152）
17 常见 PVD 功能涂层（154）
第三篇 镀膜技术实战篇（169）
01 选择合适靶材供应商需要关注的问题（170）
02 国产靶材和进口靶材的主要区别（180）
03 清洗技术对涂层质量具有决定性影响（182）
04 涂层前的喷砂处理是涂层附着力的保证（184）
05 镀膜等离子体监测技术（191）
06 水温是镀膜过程中需要监测的关键参数（193）
07 冷却水压对涂层质量具有显著影响（195）
08 镀膜过程中靶面 “跑弧” 的检测（197）
09 每炉次运行前空烧靶材提升涂层质量（198）
10 离子刻蚀对工模具表面形貌的影响（200）
11 镀膜过程中离子轰击的价值（202）
12 纯金属过渡层如何影响涂层性能（206）
13 基体偏压对涂层质量的影响（207）
14 脉冲偏压和直流偏压的选择（213）
15 沉积温度显著影响涂层质量（215）
16 选择合适的工件和靶的距离（217）
17 电弧靶的电流选择策略（218）
18 涂层结晶取向的控制策略（220）
19 靶面液滴大小影响涂层综合性能（222）
20 涂层过程中靶材的表面及截面形态（224）
21 沉积气压是涂层质量的核心影响因素（227）
22 涂层前工模具表面粗糙度对涂层质量的影响（229）
23 后处理工艺对涂层质量的影响（231）
24 构建适用的 PVD 镀膜清洗线（233）
25 PVD 镀膜系统的评价方法（234）
26 工模具涂层发生 “掉膜” 时的处理方法（238）
27 镀膜过程发生 “打火” 的处理方法（240）
28 设备本底真空会影响涂层质量（242）
29 无尘车间是高质量工模具涂层的要求吗？（244）
30 镀膜过程中工件架转速控制不容忽视（245）
31 工模具 PVD 涂层的退膜方法（246）
32 厂家核心竞争力涂层的开发策略（248）
33 工模具的 PVD 厚膜制备方法（251）
34 内管镀膜技术（253）
35 不同镀膜技术之间的交叉融合（255）
36 压铸模具涂层是行业关注的焦点（260）
37 工模具涂层的重复性和可靠性提升方法（264）
38 自主设计所需的 PVD 镀膜设备（267）
39 PVD 镀膜技术及设备国产化是发展的方向（270）
40 国内外部分代表性涂层厂家（272）
41 PVD 镀膜中工艺和设备孰轻孰重（285）
42 工模具镀膜技术研究人员的发展方向（287）
43 人工智能和工模具涂层技术结合是发展的趋势（289）
参考文献（292）
后记（300）
试读
第一篇 镀膜技术入门篇01 镀膜的基本概念日常工作中常会接触镀膜、涂层两类名词，行业内常将二者混为一谈，但二者其实存在细微区分。从字义拆解：“镀” 是工艺动作，“膜” 代表薄层材料，英文多用 film，半导体领域极薄薄膜称作 thin film；“涂层” 最早源自涂料行业，膜层厚度普遍几十至数百微米，常称厚膜 thick film、厚涂层 thick coating。二者无本质原理区别，仅依靠厚度划分应用场景。本书提及的镀膜均特指真空镀膜，即在真空环境下，通过特定工艺将功能材料沉积至工件表层；基材不限，金属、陶瓷、高分子塑料均可作为镀膜基体。镀膜核心目的是赋予工件各类特殊性能，常见需求分为几类：提升防腐能力、增强耐磨性能、改善高温抗氧化特性；除此之外还可实现导电、绝缘、光学隐身等定制化功能。02 PVD 镀膜技术PVD 为物理气相沉积（physical vapor deposition）首字母缩写，是真空镀膜主流工艺之一。1. PVD 定义依靠纯物理作用，将固态 / 液态靶材转化为气态原子、分子或等离子态离子，输送至基体表面沉积形成功能薄膜；全程不发生化学反应，这是 “物理” 的核心含义。
vapor（气相）：通过物理能量把金属块材、高分子液体、反应气体转化为蒸气或等离子体；
deposition（沉积）：气态粒子在工件表面堆积成膜。
直接粉末喷涂极易脱落，气化沉积的优势体现在三点：
材料拆解为原子、分子级微小粒子，空间迁移自由度高；
气化粒子携带高动能，扩散距离更远，成膜均匀致密；
高能粒子撞击基体，大幅提升膜层与基材附着力。
2. PVD 与 CVD 核心区别CVD 即化学气相沉积，两大镀膜技术最直观分界线为沉积温度，行业粗略以 500℃划分：
PVD：低温工艺，多数工艺区间＜500℃，适配绝大多数耐温不足 500℃的合金刀具、模具、机械零件；硬质合金（钨钢）可耐受 800℃以上高温，因此钨钢刀具同时兼容 PVD 与 CVD。
CVD：典型高温工艺，常规温度＞500℃。
目前技术边界逐步融合，已出现高温 PVD、低温 CVD 工艺，学科交叉融合是行业发展趋势；低温特性也让 PVD 在工模具领域应用更广，但部分工况下膜层结合力、结晶完整性略逊高温 CVD。03 真空不空真空是 PVD 镀膜不可或缺的基础环境，自然界仅外太空接近理想真空。1. 真空与标准大气压定义字面 “真空” 意为无任何物质的虚空；工业定义更务实：容器内部压强低于外界大气压，即可称为真空环境。
大气压源于地球引力束缚地表大气，45° 海平面、0℃条件下的常年平均气压规定为1 标准大气压：
\(1\ \text{标准大气压}=760\ \text{mmHg}=101325\ \text{Pa}\)760mmHg 源自托里拆利实验：1 米长玻璃管灌满水银倒置入水银槽，水银柱回落至 76cm 高度后稳定，柱上方无空气区域即为真空，水银柱压强等效大气压强。
压强国际单位帕斯卡\(\text{Pa}\)：\(1\ \text{Pa}=1\ \text{N/m}^2\)，压强极小，约 3 粒芝麻碾粉平铺 1cm² 产生的压力，标准大气压数值可达十万帕斯卡级别。2. 真空度、正压与负压真空度：量化容器内气体稀薄程度的参数，压强越低，气体分子越少，真空度越高。
负压：密闭容器内部气压＜外界大气压，镀膜腔体抽气后属于负压；
正压：内部气压＞外界大气压，空压机、充满气体的储气罐为典型正压设备。
3. 行业常用压强单位换算与行业习惯国内车间实操常说 “几公斤压力”，单位为\(\text{kgf/cm}^2\)：
\(1\ \text{公斤压力}≈1\)标准大气压\(=0.1\ \text{MPa}\)；
欧美设备通用单位 bar、mbar，\(1\ \text{bar}≈1\)公斤压力，二者数值基本等效。国产镀膜设备多使用 “公斤” 表述水压、冷却气压；进口设备普遍标注 bar/mbar。
设备维修角度：进口设备售价高，厂商限制拆解；国产设备拆装维修门槛低，便于从业者吃透设备内部结构。很多行业设备革新、工艺优化，都建立在拆解钻研设备结构的基础上。
