硬质涂层概况

1、印刷用滚筒等离子陶瓷热喷涂（耐磨损）印刷用滚筒等离子陶瓷热喷涂（耐磨损） 等离子陶瓷热喷涂泵部件等离子陶瓷热喷涂泵部件(耐磨损）耐磨损） 电极轴（铜）隔离部等离子陶瓷热喷涂电极轴（铜）隔离部等离子陶瓷热喷涂（耐磨损）（耐磨损） 拉线机械用引导滚筒等离子陶瓷热喷涂拉线机械用引导滚筒等离子陶瓷热喷涂（耐磨损）（耐磨损） 涂层厚涂层厚, ,均匀性相对其他沉积方法差均匀性相对其他沉积方法差, ,难以难以应用于精密部件应用于精密部件喷涂材料受限制喷涂材料受限制, ,必须在熔融条件下不发必须在熔融条件下不发生分解、蒸发、升华、离解生分解、蒸发、升华、离解沉积表面需要机械或化学粗化，基体不能沉积表面需要机械

2、或化学粗化，基体不能太薄太薄需要基体导电需要基体导电受电力线变化影响，均匀性和致密度差受电力线变化影响，均匀性和致密度差仿形性差仿形性差可沉积材料相对较少可沉积材料相对较少成本相对低成本相对低沉积速度相对较快沉积速度相对较快不需要基体导电不需要基体导电镀层均匀镀层均匀,致密致密,抗腐蚀性更好抗腐蚀性更好仿形性好仿形性好,可对复杂部件施镀可对复杂部件施镀除除Pb、Cd、Sn、Bi，大多数金属可沉积，大多数金属可沉积成本相对更高成本相对更高沉积速度相对较慢沉积速度相对较慢电镀电镀化学镀化学镀电镀电镀化学镀化学镀精密冲压加工品的电镀精密冲压加工品的电镀 Ni化学镀化学镀 Ni-Pw 沉积的硬质材料有

3、限沉积的硬质材料有限(Cr,Ni,Ni-P)(Cr,Ni,Ni-P)w 沉积的硬质材料硬度一般偏小沉积的硬质材料硬度一般偏小(1500Hv)(1500Hv)w 复合沉积的复合均匀性较差复合沉积的复合均匀性较差, ,不能应用不能应用于精密部件于精密部件w 最先使用的气相沉积技术最先使用的气相沉积技术优点优点w 沉积温度高沉积温度高, ,结合力比物理气相沉积强结合力比物理气相沉积强缺点缺点w 沉积温度过高限制基底的适用范围沉积温度过高限制基底的适用范围沉积温度沉积温度600-1200 600-1200 基底适用范围基底适用范围( (硬质合金硬质合金 陶瓷部件陶瓷部件) )热变形大，应用于非精密部件

4、热变形大，应用于非精密部件w 反应气体会污染环境反应气体会污染环境PVD与与CVD的的区别导致不同区别导致不同领域的应用领域的应用 沉积温度低沉积温度低, ,应用范围广应用范围广 热变形小热变形小, ,可应用于精密部件可应用于精密部件( (刀具、模刀具、模具具) ) 没有废气排放，绿色环保没有废气排放，绿色环保 真空蒸镀（真空蒸镀（Evaporation DepositionEvaporation Deposition） 离子镀离子镀(Ion Plating)(Ion Plating) 溅射沉积溅射沉积(Sputtering)(Sputtering)直流溅射直流溅射溅射电源为直流电源，只适用金

5、属和半导溅射电源为直流电源，只适用金属和半导体材料溅射体材料溅射 射频溅射射频溅射溅射电源为射频电源，可溅射导体、半溅射电源为射频电源，可溅射导体、半导体和绝缘体材料导体和绝缘体材料磁控溅射磁控溅射靶材背后安置强磁体，增强气体电离和电靶材背后安置强磁体，增强气体电离和电子对基体轰击可实现低温高速沉积子对基体轰击可实现低温高速沉积w溅射出粒子平均能量比真空蒸镀产生溅射出粒子平均能量比真空蒸镀产生的粒子大，薄膜与基体结合性好的粒子大，薄膜与基体结合性好w膜厚较真空蒸镀均匀，材料的溅射特膜厚较真空蒸镀均匀，材料的溅射特性差别不如其蒸发特性差别大，易控制性差别不如其蒸发特性差别大，易控制成分成分w任何

6、材料（导电体、绝缘体、有机、任何材料（导电体、绝缘体、有机、无机）均能溅射成膜无机）均能溅射成膜磁控溅射沉积技术是应用最广泛的气相磁控溅射沉积技术是应用最广泛的气相沉积技术！磁控溅射仪可以称为万能镀沉积技术！磁控溅射仪可以称为万能镀膜机。膜机。金属基合金涂层金属基合金涂层w 铁基铁基w 铬基铬基w 镍层镍层w 钼层钼层w 钴基和镍基合金涂钴基和镍基合金涂层层w 其他合金涂层其他合金涂层陶瓷涂层陶瓷涂层w 氧化涂层氧化涂层氧化铝氧化钽氧化铬氧化铝氧化钽氧化铬w 碳化物涂层碳化物涂层碳化钛碳化钛/碳化钨碳化钨/碳化铬碳化铬碳化铪碳化铪/碳化锆碳化硅碳化锆碳化硅w 氮化物涂层氮化物涂层氮化钛氮化钛氮

7、化铪氮化铪/氮化锆氮化硅氮化锆氮化硅立方氮化硼立方氮化硼(CBN)多元多元氮化物氮化物w 硼化物硼化物w 硅化物硅化物w 硬质碳层硬质碳层非晶碳层非晶碳层/金刚石涂层金刚石涂层金属基合金涂层硬度值金属基合金涂层硬度值(1500Hv)(TiN500)800(TiN500) 沉积温度沉积温度300 300 TiAlNTiN中中Al的加入提的加入提高了高了TiN硬度和抗硬度和抗氧化能力是氧化能力是TiAlN性能优于性能优于TiN的主的主要原因要原因TiAlNTiAlN涂层性能涂层性能TiAlN是目前高是目前高速干式切削刀速干式切削刀具最常用的涂具最常用的涂层层TiAlN切削性能切削性能TiAlN钻孔

8、试验钻孔试验Typical photographs of tool wear according to coating type in the case of cutting speed 200 m/min and feed per tooth 0.03 mm/rev; (a) noncoating; (b) TiN; (c) TiAlN.noncoatingTiNTiAlN. TiN/TiAlN 钻头钻头非晶碳层非晶碳层/ /类金刚石层类金刚石层(DLC)(DLC)兼有石墨和金刚石性能兼有石墨和金刚石性能, ,优异的固体润滑优异的固体润滑硬膜硬膜 金刚石金刚石(sp(sp3 3),),石墨石

9、墨(sp(sp2 2) ) DLC (spDLC (sp3 3+ + spsp2 2) )金刚石硬度金刚石硬度100Gpa100Gpa DLC DLC硬度硬度7.4-60Gpa7.4-60Gpa优点优点w摩擦系数小摩擦系数小0.1, 0.1, 沉积温度低可沉积温度低可200200 缺点缺点w适用于加工有色金属适用于加工有色金属, ,木材等不含木材等不含铁成分的材料铁成分的材料w使用温度低使用温度低450,40 GPa 40 GPa ） w 通过涂层纳米化，可改善涂层的综合性能通过涂层纳米化，可改善涂层的综合性能（韧性，抗腐蚀、抗氧化、结合性能等）（韧性，抗腐蚀、抗氧化、结合性能等）w 超硬涂层

10、应用于传统超硬涂层不能沉积的基超硬涂层应用于传统超硬涂层不能沉积的基体表面或应用领域体表面或应用领域, ,使其在工业制造过程效率使其在工业制造过程效率更高，通用性更强，成本更低更高，通用性更强，成本更低v更好的综合性能（超硬度，高韧性更好的综合性能（超硬度，高韧性, , 抗腐蚀性等）提高了涂层的抗磨损抗腐蚀性等）提高了涂层的抗磨损性能，提高了工件的使用寿命，迎性能，提高了工件的使用寿命，迎合了工业界对生产效率的追求。合了工业界对生产效率的追求。v更好的热力学稳定性更好的热力学稳定性, ,使用范围更使用范围更广（广（C C、B B和铁有很好的亲和性和铁有很好的亲和性, ,使使DLCDLC和和c-

11、BNc-BN的热动力学稳定性差，适的热动力学稳定性差，适用范围受限）用范围受限）v可以在较低的温度条件沉积出超高可以在较低的温度条件沉积出超高硬度涂层，扩展了沉积基底的种类和硬度涂层，扩展了沉积基底的种类和应用范围应用范围( (传统超硬涂层需高温沉积传统超硬涂层需高温沉积, ,如金刚石等如金刚石等) )v沉积工艺比传统的超硬涂层（金刚沉积工艺比传统的超硬涂层（金刚石，石， c-BN c-BN ）更简单，成本更低）更简单，成本更低DLCDLCw 很好的固体润很好的固体润滑性能滑性能w 硬度硬度20GPa20GPaw 抗氧化性不佳抗氧化性不佳w C C与铁亲和力与铁亲和力强强, ,不能用于不能用于

12、加工钢铁材料加工钢铁材料, ,使用范围限于使用范围限于有色金属加工有色金属加工纳米复合材料纳米复合材料w 具有良好的抗氧具有良好的抗氧化性化性w 硬度硬度40GPa40GPaw 可应用于钢铁和可应用于钢铁和有色金属加工有色金属加工C-BNC-BN硬度高，但硬度高，但综合性能不佳。综合性能不佳。韧性差韧性差, ,应力应力大大, ,结合性能结合性能差差沉积温度高沉积温度高成本最贵成本最贵纳米复合涂层纳米复合涂层纳米多层复合涂层纳米多层复合涂层(nano-layered film)纳米混合复合涂层纳米混合复合涂层(nano-composited film)当调制周期达到临界值当调制周期达到临界值,涂层产生超硬效应涂层产生超硬效应w 无一般涂层的柱状结构无一般涂层的柱状结构, ,致密致密w 热稳定性强热稳定性强, , 高硬度高硬度 (50 GPa),(50 GPa),强抗腐蚀性强抗腐蚀性非晶态非晶态SiNx晶态晶态TiNSi 含量含量 4-10 at%硬度硬度 39-43 GPa晶粒大小晶粒大小 5-10 nm 混合复合涂层不需要严混合复合涂层不需要严格的旋转设备，比纳米格的旋转设备，比纳米多层涂层制备简单得多多层涂层制备简单得多非晶态非晶态SiNx阻碍阻碍T