2020-2026年PVD涂層行業市場投資戰略研究及市場發展潛力預測

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（1）基本概述：PVD是物理氣相沉積技術（Physical?Vapor?Deposition）的簡稱，是指在真空條件下，采用物理的方法將材料（俗稱靶材或膜料）氣化成氣態分子、原子或離子，并將其沉積在工件形成具有某種特殊功能的薄膜（涂層）的技術，可對塑膠模具、沖壓模具、壓鑄模具、各種刀具、各種零部件、易損件進行涂層。

PVD涂層是一種能夠真正獲得微米級鍍層且無污染的環保型表面處理方法。該涂層不僅增加了工件的表面硬度、增加耐磨性、增加耐腐性、增加抗粘性、減少摩擦、延長產品的工作時間或使用壽命，而且提高了企業生產率、降低生產成本、提高加工可靠性、提高質量、縮短交貨時間、減少對環境的影響并節約資源以及企業的競爭力。

（2）涂層厚度：PVD涂層的厚度為微米級，厚度較薄，一般為0.1-5um,其中裝飾裝飾性涂層膜厚度一般為0.1-1um，因此可以在幾乎不影響工件原來尺寸的情況下提高工件表面各種物理性能和化學性能，并能夠維持工件尺寸的基本不變，鍍后不需再加工。

（3）涂層顏色：目前，PVD涂層能夠做出的顏色有深金黃色、淺金黃色、咖啡色、古銅色、灰色、黑色、灰黑色、七彩色等。通過控制涂層構成中的相關參數，可以控制涂層的顏色。

PVD涂層質量指標情況：當前，隨著國內外市場對刀具、工具、模具等產品需求的增長，全球PVD涂層行業得到快速發展。PVD涂層技術工藝處理溫度低，在600℃以下時對工件材料的抗彎強度無影響，薄膜內部應力狀態為壓應力，更適合對硬質合金精密復雜工件如刀具的涂層。同時，PVD涂層技術對環境無不利影響，符合現代綠色制造的發展方向。其PVD涂層技術質量指標為：

常用PVD涂層技術質量指標分析

（備注：僅供參考，具體以生產公司而定?）

PVD涂層的應用：

（1）主要應用：PVD涂層一般分為裝飾性鍍膜、工具模具硬質鍍膜以及各種功能膜層。這里主要分為功能性涂層和裝飾性涂層兩大類。

①功能性PVD涂層：主要是為了提高工件（如刀具或零部件）的表面硬度和耐磨度，減低表面的摩擦系數，提高工件的使用壽命及綜合性能，減少每件產品的制造成本，例如高速鋼立銑刀表面的TiN涂層。目前，功能性PVD涂層主要應用在各種切削刀具（如車刀、銑刀、鉆頭、鋸片）、發動機零部件、骨科醫療器械、一般零部件等產品中。

②裝飾性PVD涂層：主要是為了改善工件的外觀裝飾性能和色澤，同時使工件更加耐磨、耐腐蝕，并延長其使用壽命。例如不銹鋼門把手上的鋯基涂層，這種黃銅色涂層的耐磨性和耐腐蝕性比真正的黃銅更高。目前，裝飾性PVD涂層主要應用于五金行業的各領域，如門窗五金、鎖具、衛浴五金等行業。

（2）細分產品主要：

①氮化鈦涂層（TiN）：TiN是一種通用的涂層，可以提高刀具硬度并具有較高的氧化溫度。

用途：高速鋼切削工具，慢速加工工具（如低速車刀粒），耐磨零件，注塑模具。

②氮碳化鈦涂層（TiCN）：TiCN涂層是在TiN的基礎上添加碳元素，以提高涂層的硬度和低的摩擦系數

用途：高速鋼刀具，沖壓模具，成型模具。

③氮鋁鈦（TiAlN）、氮鈦鋁AlTiN：俗稱：中鋁（Al:Ti=50:50）、高鋁（Al:Ti=67：33）以上，TiAlN/AlTiN涂層在加工過程中形成的氧化鋁涂層可以有效提高加工工具的高溫加工壽命，AlTiN涂層的抗高溫氧化比TiAlN要高100度左右。

用途：硬質合金工具（加工材料硬度低于HRC45時建議用TiAlN,加工材料硬度高于HRC45時建議使用AlTiN涂層），薄壁件沖壓模具(TiAlN)，壓鑄模具（AlTiN）。

④氮化鉻涂層（CrN）：CrN涂層具有良好的抗粘結性，抗腐蝕性，耐磨性。

用途：加工鋁合金，紅銅的刀具，注塑模具，零件（特別是有潤滑油浸泡）。

⑤DLC：DLC涂層的組成為TIN+TICN+DLC結構。具有摩擦系數較低，耐磨損，膜層應力小好等優點。

用途：潤滑涂層，成型模具，鋁合金等粘結性強材料沖壓模具。

⑥ZrN：ZrN不含Ti和Cr的單成膜，有較高的耐熱性，涂層顏色艷麗，在加工鋁鈦合金時可有效減少切削瘤（積屑瘤）。

⑦AL（L）:最新劈裂電弧涂層，含Si納米復合涂層，極高抗熱性能，適合硬切削，納米硬度4300Hv，納米厚度1~3μm。摩擦系數0.3。最高應用溫1200℃。加工硬度可達65HRC。

用途：特適合加工淬火、鋼淬火硬鋼、不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼。

⑧MDT：最新劈裂電弧涂層，納米厚度1-3μm，加工硬度可達58HRC。

用途：特適合加工不銹鋼、鈦合金、沉淀硬化不銹鋼、銅合金、鋁合金。

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PVD涂層生產工藝專利技術：

（1）基本原理：PVD涂層（鍍膜）技術原理是在真空條件下，采用低電壓、大電流的電弧放電技術，利用氣體放電使靶材蒸發并使被蒸發物質電離，在電場的作用下，使被蒸發物質或其他反應物沉積在工件上。涂層性質（如硬度、結構、耐化學和耐溫性、結合力）可以被精確地控制。

（2）工藝特點：在?PVD?工藝中的高純度固體涂層材料（金屬如鈦、鉻和鋁）既可通過加熱或通過離子轟擊（濺射）來得到蒸發。同時添加反應性氣體（例如氮氣或含碳氣體）；之后形成含金屬蒸氣的復合物，并以高度粘附性薄涂層沉積在工具或零部件上。以恒定速度旋轉固定在幾個軸上的零件可獲得均勻的涂層厚度。

（3）主要工藝：目前，物理氣相沉積（PVD）技術主要包括真空陰極弧物理蒸發、真空磁控離子濺射、離子鍍以及增強濺射四種。

①陰極弧物理蒸發（ARC）：真空陰極弧物理蒸發過程包括將高電流，低電壓的電弧激發于靶材之上，并產生持續的金屬離子。被離化的金屬離子以60-100eV?平均能量蒸發出來形成高度激發的離子束，在含有惰性氣體或反應氣體的真空環境下沉積在被鍍工件表面。真空陰極弧物理蒸發靶材的離化率在90%左右，所以與真空磁控離子濺射相比，沉積薄膜具有更高的硬度和更好的結合力。但由于金屬離化過程非常激烈，會產生較多的有害雜質顆粒，涂層表面較為粗糙。

②磁控離子濺射（SPUTTERING）：真空磁控離子濺射過程中，氬離子被被加速打在加有負電壓的陰極（靶材）上。離子與陰極的碰撞使得靶材被濺射出帶有平均能量4-6eV?的金屬離子。這些金屬離子沉積在放于靶前方的被鍍工件上，形成涂層薄膜。由于金屬離子能量較低，涂層的結合力與硬度也相應較真空陰極弧物理蒸發方式差一些，但由于其表面質量優異被廣泛應用于有表面功能性和裝飾性的涂層領域中。

③增強濺射：增強濺射在腔室中央采用低電壓電弧放電，以創造幾倍于基本濺射工藝的等離子密度，因此可在氣相中產生更高程度的粒子電離。

④可調節的脈沖增強等離子：

1)?電弧蒸發(電離度高)：在電弧蒸發中，高電流中的微小電荷在靶材表面上移動。此時材料立即熔化并且金屬蒸氣冷凝在工件上。由于該工藝過程具有爆炸性質，并可形成液化金屬的液滴，因此可能導致涂層表面粗糙。引入反應氣體從而形成化合物

2)?濺射（電離度低）：濺射是用高能粒子轟擊靶材而使原子從固體靶材上彈出的過程。在薄膜涂層中，這是通過加速朝向固體靶材的氬離子，使其在靶材上擊出金屬原子并聚集在工件上來實現的。通過在真空腔室中引入氣體而形成如金屬氮化物等化合物。

國內外技術對比分析：

①整體差距：調查資料顯示：目前，國外PVD涂層行業的生產設備一般技術力量雄厚，工藝裝備精良，檢測手段齊全，并擁有全國先進的大噸位及配套生產設備，具有較強的生產能力。特別是美國、日本、西歐等發達國家PVD涂層技術基本趨于成熟，其產品主要以中高端為主，市場競爭優勢明顯；并伴隨本國經濟發展、工業化的過程中形成了完善的產業形態。

但在中國，PVD涂層的研發水平遠遠不能滿足市場需求，在技術應用上遠落后于國外發達國家，國內PVD涂層主流設計技術尚未擺脫跟隨，產品創新能力有待提高；在具有強硬度、高強度、高耐磨性、高耐腐性、強散熱性、摩擦系數低、強穩定性、強兼容性、強抗氧化、長壽命、綠色環保等高端PVD涂層設計上，由于現有技術水平差距較大，尚不具備與國際主流廠家同臺競爭的實力；整體人才缺乏、差異化產品少，特別是在自主產品和創新產品研發上，投入資金占國外同行業總投入的10%左右。

②細分領域：目前，國際上高端PVD涂層核心技術都屬于保密狀態，國內制造企業在中高端產品生產技術上基本缺失。特別是國內優勢PVD涂層制造行業都是近10-15年發展起來的。在高檔次PVD涂層設計上，不僅涉入企業少，經驗不足，且相關產品在生產材料、生產裝備，產品研發周期，以及涂層生產技術中的成分、薄膜結構、致密性、結合強度以及均勻性等方面尚不成熟,?與國外優勢產品相比尚未顯現出其優越性。

同時，知識產權（IP）是PVD涂層行業競爭的利器。目前，國內高端PVD涂層生產設備及技術專利幾乎都被國際巨頭壟斷，國內企業在設備及工藝上創新技術水平較低，大部分企業依托技術授權合作，核心技術不能完全掌握。

此外，由于缺乏資金支持，國內涂層生產設備在設計、開發上與國外差距較大,?盡管也有某些創新思路，但絕大多數設備制造商延續了原有的設計概念，設備的結構與九十年代大同小異，由于對薄膜制備機理缺乏深入研究，因此在設備的設計上存在盲目性。

整體來看：中國PVD涂層行業的發展未來5-10年仍受限于技術、設備、資金、專利、人才等制約，中國在高檔次PVD涂層領域基本處于空白。

國外最新研究進展：近十幾年來，隨著涂覆技術的進步，PVD（物理氣相沉積法）涂層技術應用領域不斷擴展，并逐漸應用在硬質合金領域。國外還用PVD/CVD（化學氣相沉積法）相結合的技術，開發了復合的涂層工藝，稱為PACVD法(等離子體化學氣相沉積法)。即利用等離子體來促進化學反應，可把涂覆溫度降至400℃以下(目前涂覆溫度已可降至180℃-200℃)，使硬質合金基體與涂層材料之間不會產生擴散、相變或交換反應，可保持刀片原有的韌性。根據研究資料，這種方法對涂覆金剛石和立方氮化硼(CBN)超硬涂層特別有效。

國外技術動態：2018年歐瑞康巴爾查斯在2018國際橡塑展上展示了三款技術，首先是BALITHERM?PRIMEFORM處理技術，這是一款模具鋼材表層加硬技術，主要應用于大型注塑模具尤其是鏡面等級的模具。經過該技術處理后的模具表面硬度可以達到60-70HRC，可有效的提高模具表面的耐磨損性能，極大的減少模具表面在注塑過程中的表面劃傷和斑點腐蝕，提升注塑產品質量和生產效率。據中金企信國際咨詢公布的《2020-2026年中國PVD涂層市場研究及投資建議預測報告》統計數據顯示：目前該技術被廣泛的應用在汽車車燈、等離子電視機邊框等高光高亮產品的模具表面，同時在大型汽車內外飾模具表面也得到廣泛應用，最大可處理的模具尺寸為直徑2.9米，長度10米的大型模具。

第二款技術是BALINT碳基涂層，這款技術做出來的涂層表面非常光滑，其相對干性摩擦系數只有原來的四分之一到八分之一，特別適合用于包裝行業的瓶蓋和瓶胚模具，利于脫模且增加耐磨。在注塑脫模的時候，瓶蓋的螺旋口一般不容易脫下，這種情況下如果使用脫模劑，則容易對人體產生傷害，因為這是一個食品級的產品。BALINT碳基涂層就很好地解決了這個問題，免去了使用脫模劑的困擾。

第三款技術是CROMA?PLUS，主要用在硅膠和PVC擠出等領域。PLUS涂層的一大特點在于其豐富多彩的顏色，該涂層能夠在模具表面形成一層顏色非常絢麗的氧化功能層，這是一層具有優良耐磨性、防腐性和溜滑性的涂層，可以大幅降低磨損和腐蝕，幫助脫模。

國內最新動態：2018年，中科院寧波材料所海洋新材料與應用技術重點實驗室海洋環境材料團隊以典型CrN基涂層為例，結合涂層精細結構、von?Mises屈服準則和赫茲接觸理論，揭示了涂層連續沉積過程中的結構演變規律，闡釋了大厚度涂層高承載條件下的摩擦學機理，為PVD涂層的大厚度連續制備及其高承載摩擦學防護提供了理論依據。該理論的突破以及多種大厚度金屬氮化物基涂層的成功制備，極大擴展了PVD涂層在高速、重載、腐蝕等苛刻工況下的潛在應用，部分涂層已經成功應用在液壓馬達、流體PVD涂層以及船用緊固件等領域，為此類重載運動部件的高可靠性耐磨防護提供了有效方法。

發展趨勢：未來，隨著國內加工業的快速發展，市場上單一結構涂層難以滿足提高刀具綜合機械性能的要求，因此涂層成分將趨于多元化、復合化；為滿足不同的切削加工要求，涂層成分將更為復雜、更具針對性；在復合涂層中，各單一成分涂層的厚度將越來越薄，并逐步趨于納米化；涂層工藝溫度將越來越低，PVD涂層工藝將向更合理的方向發展。

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