TiN系塗層多元多層強化研究進展(四)

  • 分類  >  刀具 >
  • TiN系塗層多元多層強化研究進展(四)
   時間:2014-03-12 02:20:03
TiN系塗層多元多層強化研究進展(四)簡介
    Helmersson等發現在單晶TiN/VN或TiN/NbN多層疊加膜中,當每層厚度為2~4nm時,其硬度高達50GPa,是這些氮化物常規塗層……
TiN系塗層多元多層強化研究進展(四)正文
  

 Helmersson等發現在單晶TiN/VN或TiN/NbN多層疊加膜中,當每層厚度為2~4nm時,其硬度高達50GPa,是這些氮化物常規塗層硬度的2.5倍。不僅硬度大幅度提高,抗裂紋能力也明顯增強。文獻[31]採用多靶磁控濺射技術製備了TiN/NbN、TiN/TaN、TiN/TaWN、TiN/AlN、NbN/TaN、TiN/Si3N4、W/SiC和W/Mo等8種納米多層膜體系並研究了各體系納米多層膜的生長方式、界面結構及顯微硬度隨調製周期的變化,認為界面共格應變或其他原因所導致的交變應力場對薄膜造成的強化作用是納米多層膜產生超硬效應的主要原因之一。除氮化物納米膜外,採用脈衝電源,用對陰極非平衡磁控濺射法UBM製備氧化物納米多層膜也獲得成功。但是在TiC/TiB2、TiN/TiB2、TiN/TiC、NbN/VN等膜系中卻發現硬度與薄膜的調製波長λ無關。由此看來,納米多層的強韌化機理研究還要做許多深入細緻的工作。

總之,由於納米複合結構的薄膜具有不尋常的性能特點,通過合理的組裝,一定會製備出更多符合不同服役條件要求的先進塗層來。

2.3複合塗層及複合工藝

隨著物理氣相沉積研究的不斷深入,多層複合塗層不斷出現,傳統的物理氣相沉積和其他一些新的技術或工藝複合,極大拓寬了TiN塗層的研究領域。

在複合塗層中過渡層的選擇也是一個研究熱點,如過渡層採用化學鍍NiP、電鍍Ni、電刷鍍Ni或對基體磷化氧化處理、離子氮化等。充分發揮各種塗層的性能,使TiN塗層的結合力、耐磨性、抗氧化能力等得到更大程度的改善。文獻[35]分別製備了電刷鍍NiW、電刷鍍CoW、化學鍍NiP及離子氮化與TiN複合塗層,並研究了不同過渡層結合力的影響,發現4種TiN複合塗層的結合力和硬度均明顯高於單層TiN,研究認為中間層在沉積TiN過程中發生晶化反應和析出彌散的中間相或第二相、雙層強化及界面擴散層的形成起到改善韌性的重要作用。

材料金剛石膜具有優良的力學、熱學、電學、光學性能,其硬度達100GPa,金剛石塗層是近幾年研究成功的新型刀具塗層。文獻介紹了這樣一種製備方法:首先用激光蒸發法在鋼表面附上一層納米TiN,再用CVD法把金剛石納米粒子沉積到TiN塗層上,然後再鍍上一層TiN,金剛石納米粒子鑲在第二層TiN薄膜中形成納米複合塗層,這種塗層結構不但具有良好的硬度、耐熱衝擊的能力,而且與鋼基體有極強的附著力。

文獻[37]採用非平衡磁控濺射及等離子體源離子注入的混合技術在Cr18N9Ti不鏽鋼基體上製備基體/TiN/Ti(N,C)/DLC梯度薄膜,減少由於金屬基體上非金剛石相造成的內應力大、結合力差的情況。拉曼光譜分析梯度膜的外層為典型的金剛石結構,梯度膜的硬度19.1GPa,彈性膜量147.8GPa。

近年來,有些複合塗層技術已經獲得了商業上的應用,如德國Klink公司的預氮化+TiN塗層技術就已實用化。首先將刀具在離子鍍氮化裝置中進行處理,然後再置於PVD系統中鍍膜,使刀具塗層性能獲得大幅度的提高。但該技術仍存在明顯的缺點:經上述雙重處理的刀具實際上在等離子體中經歷了兩次清洗及加熱,結果導致刀刃被嚴重刻蝕和鈍化,降低了強化層的壽命,並使刀具鋒利度降低。為避免在上述兩台裝置中的重複加熱、濺射清洗和冷卻消耗能源,並減少離子刻蝕對刀具刃口的傷害,合理的工藝是在電弧離子鍍裝置的同一個真空室內進行離子氮化及鍍膜處理。廣東省順德世創金屬科技公司近期從俄羅斯引進的5TANKIN-NBC1多功能電弧等離子體鍍膜機系統便是具備上述功能的先進塗層設備。

近年來,隨著真空技術及氣相沉積的發展並採用載能粒子束輔助(離子束、快中性分子轟擊等)、激光束等先進技術逐步製備出了性能優越的高質量TiN納米單層、多層複合膜,並逐步實現了低溫沉積,使塗層的硬度、抗疲勞、耐磨性、塑變抗力、抗腐蝕能力、內應力等得到顯著改善。利用納米技術實現對常規TiN塗層的改造,深入研究等離子體薄膜的微觀沉積及納米薄膜的強韌化機理,充分發揮TiN複合塗層的優勢,將會極大的拓寬TiN塗層的應用領域。

3.結語

綜上所述,在最近十年來,為了滿足工模具和耐磨零件、精密零件對硬質塗層日益增長的需要,科技工作者在TiN塗層的基礎上不懈地開發了不少新的塗層材料。筆者有意識地選擇了眾多國內研究者的文獻,足見我國在此領域的研究成果的豐碩。但形成鮮明反差的是,這些工模具塗層技術的實際商業應用卻長期徘徊不前,先進塗層材料的製備成果得不到實際應用。從商業應用角度看,與國際水平相比,有專家認為,我國的PVD刀具塗層技術仍落後於先進國家十年左右。目前國外刀具塗層技術已發展到第四代水平,而國內總體水平仍在第二代,且以單層膜為主。據統計,我國1999年自己的工模具塗層市場規模僅為7512萬元。究其原因,有國產鍍膜設備發展落後的制約,有新技術推廣和產業政策導向和科技體制諸問題。

在進入21世紀以後,我國材料和表面工程的科技工作者和有作為的企業家們一個十分重要的任務就是在進行技術創新、研發更多實用的先進耐磨塗層的同時,要把更多的精力轉向工業推廣和實現實際商業應用,扎紮實實把我國的工模具塗層加工搞上去,使我國的塗層加工產業和整個製造業真正受益於塗層技術的科技進步。

 

[TiN系塗層多元多層強化研究進展(四)],你可能也喜歡

  • 設計原理與研究方法
  • 設計研究方法管倖生
  • 研究設計方法種類
  • 設計研究方法第三版
  • 設計研究方法全華
  • 強化玻璃最小厚度
  • 材料強化方法
  • 析出強化
  • 強化玻璃厚度規格
  • 強化玻璃厚度載重
  • 硬質合金塗層
  • 多元氯化鋁
  • 奈米塗層技術
  • 陶瓷塗層技術
  • 鑽石dnc塗層技術
  • 布料塗層技術
  • 多元搬運機械
  • 促進發展的工具
  • 多元電腦施姐
  • 宏碁電腦5千多元
  • 汽車的發展及演進
  • 多元智能理論與應用
  • 電腦發展演進過程
  • 重金屬廢水處理技術及其研究進展
  • 電鍍廢水處理技術進展
Bookmark the permalink ,來源:
One thought on “TiN系塗層多元多層強化研究進展(四)