PVDコーティングとは
PVDコーティングとは、「Physical Vapor Deposition（物理蒸着法）」の頭文字をとった呼称です。物理蒸着とは、融点の高い金属などの物質（ターゲット）を電気的な力で蒸発・気化させ、その蒸気を処理対象の表面に膜として形成する技術です。
一般的には、チタン（Ti）などの硬質金属を気化・プラズマ化し、窒素（N₂）雰囲気中で反応させることで、さらに硬い窒化物の膜を処理品の表面に形成します。
PVD処理では、気化させる物質の種類によって、形成される膜の性質が異なります。例えば、チタンを使用すればチタン窒化物、クロム（Cr）を使用すればクロム窒化物の膜が得られるといった具合です。
窒化処理と同様に、膜の選定にあたっては金型の使用目的や使用環境に応じて膜種を使い分ける必要があり、これらを十分に検討し、的確に選定することが非常に重要です。
PVDコーティングの機能
すべり性／耐薬品性／耐熱性／ 撥水・撥油性／親水性／耐摩耗性／ 電気特性／寸法安定性
PVDコーティングの膜厚
PVDコーティングの膜厚は、2～4(μｍ)＝0.002～0.004(mm)、3000HV前後の硬さがあり、 切削工具の表面と同等の硬さになります。
硬度の参考値ですが、金型内部は350HV程度で、表面処理のガス軟窒化で1300HV程度です。
PVDコーティングの色
コーティングの色は、蒸着させる物質により異なり、
膜色は工具でよくある金色（TiN）、その他オレンジ、グレー、紫など様々あります。
PVDコーティングの温度
処理温度は、低温（450℃前後）である為、 処理中における素材自体の寸法変化、歪がありません。
金型材料の再結晶温度は560℃前後なので、それより高い温度にすると硬度が落ちて変形します。
蒸着系処理との特性比較
| DLC | PVD | CVD | |
|---|---|---|---|
| 硬度 | ◎ | 〇 | 〇 |
| 種類の豊富さ | 〇 | ◎ | △ |
| 膜厚 | 数μm | 数μm～数十μm | 数μm～数十μm |
性能の比較
| 加工方法 | 真空蒸着 | スパッタリング | イオンプレーティング |
|---|---|---|---|
| 密着性 | △ | 〇 | ◎ |
| 膜密度 | △ | ◎ | ◎ |
| コーティング外観 | 光沢～半光沢 | 光沢～艶消し | 光沢～艶消し |
| ピンホール | △ | 〇 | 〇 |
PVDコーティング（クロム系）
PVDコーティングはクロム系とチタン系に大別されます。
クロムを主元素とするコーティング膜は油中での優れた摺動性より自動車部品へ、
その他元素を添加することで高硬度・耐熱性を有し治工具へも採用されています。
PVDコーティング（チタン系）
チタンを主元素とするコーティング膜は優れた耐熱性と高硬度より切削工具へ、
その他元素を添加することで特徴を更に伸ばしドライ切削工具や金型へも採用されています。
コーティング処理時の注意点
コーティングには耐酸化温度というものがあり、鋳造時の熱により、酸化、劣化しボロボロになるので、 鋳造温度はもちろんのこと、余熱時の急激な加熱も考慮する必要があります。
PVDコーティング装置に依っては、ドロップレットと言って、表面にゴミの様な凸が出来てしまうことがあり、 表面状態が悪くなることがありますがこれは装置の電源性能によるものとなっております。
コーティング膜特性一覧
| 加工方法 | 硬度（HV） | 膜厚（μm） | 耐熱（℃） | 処理温度（℃） | カラー |
|---|---|---|---|---|---|
| TiN (窒化チタン) | 2000HV | 2～3μm | 400℃ | 500℃ | ゴールド |
| TiC (炭化チタン) | 3000～4000HV | 3～5μm | 300℃ | 500℃ | シルバー |
| TiCN (炭窒化チタン) | 2500～3000HV | 2～3μm | 300℃ | 500℃ | シルバーorゴールド |
| TiAlN(窒化チタンアルミ) | 3000HV | 3～6μm | 800℃ | 500℃ | バイオレット |
| AlCrN(窒化アルミクロム) | 3200HV | 3～5μm | 1100℃ | 500℃ | ダークグレー |
| CrN(窒化クロム) | 1800HV | 5～10μm | 600℃ | 500℃ | シルバー |
| コスト | 耐摩耗性 | 耐食性 | 離型性 | 滑り性 | 凝着防止 | 耐熱性 | 切削加工 | プレス | 鍛造 | 樹脂成形 | ダイカスト | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| TiN (窒化チタン) | ◎ | 〇 | △ | △ | △ | 〇 | △ | 〇 | 〇 | △ | △ | △ |
| TiC (炭化チタン) | 〇 | ◎ | △ | 〇 | 〇 | 〇 | 〇 | △ | ◎ | 〇 | △ | △ |
| TiCN (炭窒化チタン) | ◎ | ◎ | △ | 〇 | 〇 | 〇 | △ | 〇 | ◎ | △ | 〇 | △ |
| TiAlN(窒化チタンアルミ) | 〇 | ◎ | 〇 | 〇 | 〇 | 〇 | ◎ | ◎ | ◎ | 〇 | 〇 | ◎ |
| AlCrN(窒化アルミクロム) | 〇 | ◎ | 〇 | 〇 | 〇 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | 〇 | △ | ◎ |
| CrN(窒化クロム) | 〇 | △ | ◎ | 〇 | ◎ | ◎ | ◎ | △ | 〇 | 〇 | ◎ | 〇 |
PVDコーティングに関するQ＆A
PVDコーティングとはどのような処理ですか？
PVD（Physical Vapor Deposition：物理蒸着）とは、金属やセラミックを真空中で蒸発・イオン化させ、基材表面に薄膜として形成するコーティング技術です。高硬度・耐摩耗性・耐食性・意匠性に優れ、工具・自動車部品・装飾品など幅広い分野で採用されています。
PVDコーティングの特長は何ですか？
PVDコーティングには以下の特長があります。
・高硬度（HV1500〜3000クラス）
・優れた耐摩耗性
・耐食性・耐酸化性が高い
・薄膜で寸法変化が少ない（1〜5μm）
・金属光沢を活かした高意匠性
・環境負荷が低い（低温・無電解）
“硬さ × 耐久性 × デザイン性”を同時に求める用途で特に選ばれます。
どんな用途で採用されていますか？
PVDコーティングは以下のような分野で採用されています。
■ 工具・金型
・切削工具（耐摩耗）
・プレス金型（耐摩耗・離型性）
・パンチ・ダイ部品
■ 自動車部品
・エンジン内部部品（耐摩耗）
・サスペンション部品
・装飾パーツ（高意匠）
■ 電子・精密部品
・コネクタ・端子（耐摩耗・耐食）
・センサー部品
■ 装飾・デザイン用途
・時計・アクセサリー
・家電外装パーツ
・建築金物
“高耐久 × 高意匠”が求められる製品で特に効果を発揮します。
PVDはどんな色が出せますか？
PVDは金属光沢を活かした多彩な色調が可能です。
・ゴールド
・ブラック
・シルバー
・ローズゴールド
・ブルー
・レインボー系
塗装では出せない“金属質感のある高級感”が得られるのが特長です。
膜厚はどのくらいですか？
一般的には1〜5μm程度の超薄膜です。
寸法精度が求められる精密部品でも使用できるのがPVDの大きなメリットです。
どんな素材にPVDコーティングできますか？
主に以下の素材に施工できます。
・ステンレス
・鉄・鋼材
・アルミ
・チタン
・セラミック
金属光沢を活かしたい部品との相性が特に良いです。
耐摩耗性はどのくらいありますか？
PVDは非常に高い硬度を持ち、摩耗に強いのが特長です。
切削工具や金型など、摩耗が激しい用途でも寿命を大幅に延ばすことができます。
耐食性はありますか？
はい、耐食性にも優れています。
ステンレスやチタンとの組み合わせで、さらに高い耐食性を発揮します。
屋外用途や汗・湿気が多い環境でも劣化しにくいのが特長です。
どのPVDを選べばいいか迷った場合は？
用途に応じて最適なPVD膜種を選びます。
・耐摩耗 → TiN、TiCN、CrN
・耐食 → CrN、ZrN
・高意匠 → TiN（ゴールド）、DLC、カラーPVD
・低摩擦 → DLC（ダイヤモンドライクカーボン）
使用環境をお知らせいただければ、最適な仕様をご提案できます。