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      東莞PVD常用涂層?種類與厚度的選擇
      發布時間:2019-03-25 瀏覽:

      東莞PVD常用涂層種類與厚度的選擇

          實現PVD涂層的高性價比應用取決于許多因數,對于每種特定的加工應用而言,通常只有一種或幾種可行的涂層選擇。涂層及其特性的選擇是否正確決定著加工性能明顯提高與幾乎沒有改善之間的區別。因此根據加工的速度,冷卻方式,被加工材料,加工方式等詳細的參數來選擇合適的涂層是必須的。以下是我們PVT涂層公司根據無數次試驗的涂層選擇推薦:

        一)涂層種類選擇

        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)

        5)CBC (DLC)

        PLATIT CBC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。

        二)涂層厚度的選擇:

        刀具: 刃部直徑8mm以上:2.5~ 3um (刀粒亦按此要求),

        刃部直徑4~6mm:2~2.5um

        刃部直徑4mm以下:1.5~2um

        模具: 五金模具、沖壓模具,一般塑膠模具,壓鑄模具:2.5um,

        拉絲模具,大型模具:3um,

        鏡面或高精密蝕紋模具:1um.左右

       現代金屬切削對刀具的要求

        現代化的金屬切削加工,對刀具的要求是高切削速度、高進給速度、高可靠性、長壽命、高精度和良好的切削控制性。涂層刀具的出現,使刀具切削性能有了重大突破,它將刀具基體與硬質薄膜表層相結合,由于基體保持了良好的韌性和較高的強度,硬質薄膜表層又具有高耐磨性和低摩擦系數,從而使刀具的性能大大提高。

        自20世紀70年代初硬質涂層刀具問世以來,化學氣相沉積(CVD)技術和物理氣相沉積(PVD)技術相繼得到發展,為刀具性能的提高開創了歷史的新篇章。涂層刀具與未涂層刀具相比,具有顯著的優越性:它可以提高加工效率,提高加工精度,延長刀具使用壽命,從而保證加工件的質量,降低加工成本。

        2刀具硬質涂層新材料

        2.1多元、復合硬質涂層材料的發展

        刀具表面的硬質薄膜對材料有如下要求:①硬度高、耐磨性能好;②化學性能穩定,不與工件材料發生化學反應;⑧耐熱耐氧化,摩擦系數低,與基體附著牢固等。單一涂層材料很難全部達到上述技術要求。涂層材料的發展,已由最初的單一TiN涂層、TiC涂層,經歷了TiC-Al2O3-TiN復合涂層和TiCN、TiAlN等多元復合涂層的發展階段,現在最新發展了TiN/NbN、TiN/CN,等多元復合薄膜材料,使刀具涂層的性能有了很大提高。

        硬質涂層材料中,工藝最成熟、應用最廣泛的是TiN。目前,工業發達國家TiN涂層高速鋼刀具的使用率已占高速鋼刀具的50%-70%,有的不可重磨的復雜刀具的使用率已超過90%。由于現代金屬切削對刀具有很高的技術要求,TiN涂層日益不能適應。TiN涂層的耐氧化性較差,使用溫度達500℃時,膜層明顯氧化而被燒蝕,而且它的硬度也滿足不了需要。

        TiC有較高的顯微硬度,因而該材料的耐磨性能較好。同時它與基體的附著牢固,在制備多層耐磨涂層時,常將TiC作為與基體接觸的底層膜,在涂層刀具中它是十分常用的涂層材料。

        TiCN和TiAlN的開發,又使涂層刀具的性能上了一個臺階。TiCN可降低涂層的內應力,提高涂層的韌性,增加涂層的厚度,阻止裂紋的擴散,減少刀具崩刃。將TiCN設置為涂層刀具的主耐磨層,可顯著提高刀具的壽命。TiAlN化學穩定性好,抗氧化磨損,加工高合金鋼、不銹鋼、欽合金、鎳合金時,比TiN涂層刀具提高壽命3—4倍。在TiAlN涂層中如果有較高的Al濃度,在切削時涂層表面會生成一層很薄的非品態Al2O3,形成一層硬質惰性保護膜,該涂層刀具可更有效地用于高速切削加工。摻氧的氮碳化鈦TiCNO具有很高的顯微硬度和化學穩定性,可以產生相當于TiC+Al2O3復合涂層的作用。一些過渡金屬氮化物、碳化物、硼化物以及它們的多元復合化合物,有的具有相當高的硬度,這些材料都可以開發出來應用于涂層刀具,將會使涂層刀具的性能有新的突破。

        2.2低壓氣相合成金剛石薄膜的應用

        在上述硬質薄膜材料中,顯微硬度HV能夠超過50GPa的有3種:金剛石薄膜、立方氮化硼CBN、氮化碳β-C3N4。這些為數不多的超高硬度薄膜材料的出現,為涂層刀具硬質薄膜的發展開辟了十分稀少而昂貴的天然金剛石遠遠滿足不了現代工業的需要。20世紀50年代中期,美國通用汽車公司人工合成了金剛石,得到顆粒狀和粉末狀金剛石。由于顆粒狀金剛石加工困難,很難把它涂到刀具表面。機械行業常用的聚品金剛石刀片(PCD)也由于幾何形狀單一,無斷屑槽和合理的幾何參數,限制了其性能的發揮。70年代初采用低壓化學氣相沉積方法合成了金剛石薄膜,經過20多年的技術攻關,低壓氣相合成金剛石的技術終于有了重大突破,研究金剛石成為世界性的熱門課題。PVD涂層

        金剛石和石墨是同素異形體,金剛石品體是立方品系,屬Fd3m空間群;而石墨是六角品系,屬R3m空間群。由于原子之間的鍵合方式不同,使其性能差異十分巨大。從熱力學的理論來看,石墨比金剛石更穩定。低壓氣相生長金剛石,在碳的相圖中,是在石墨為穩態而金剛石為亞穩態的區域中進行。然而,由于兩相的化學勢十分接近,兩相都能生成。低壓氣相合成金剛石的關鍵技術是抑制石墨相,促進金剛石相生長。常用的合成方法有熱絲法,等離子體增強化學氣相沉積(PECVD),包括微波PCVD、電子回旋共振ECR—PCVD、直流和射頻PCVD等方法,直流和高頻電弧放電熱等離子體法等。反應過程中輸入的能量(如射頻功率、微波功率等)、反應氣體的激活狀態和最佳配比、沉積過程的成核模式等,對于生成金剛石膜有決定性作用。襯底材料的晶型和點陣常數對金剛石膜成核生長影響很大,當金剛石相和石墨相在襯底上同時成核時,石墨相就會迅速生長。如果存在高濃度的原于氫就會對長出的石墨相起腐蝕作用而將石墨相除去,雖然它也能對金剛石相起腐蝕作用,但速度卻慢得多,從而達到抑制石墨相生長的目的。許多沉積金剛石薄膜的溫度要求為600℃-900℃,因此該技術常用于硬質合金刀具表面沉積金剛石薄膜。


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