材料表面工程-硬质合金涂层总结
材料表面工程硬质合金涂层剖析课件
详细描述
通过涂覆硬质合金涂层，可以提高模具表面的硬度，从 而提高模具的抗磨损性能。
模具表面的涂层应用
总结词
提高成型精度
Hale Waihona Puke 详细描述硬质合金涂层具有优异的耐热性和化学稳定性，能够在 高温和高压力条件下保持稳定的成型精度。
机械零件表面的涂层应用
总结词
提高零件耐磨性
详细描述
在机械零件表面涂覆硬质合金涂层，能够显著提高零件的耐磨性，降低磨损率。
溶胶-凝胶法涂层具有高纯度、高致密 性、高结合力等特点，广泛应用于硬 质合金刀具和模具的表面强化。
电镀和电刷镀技术
电镀是通过电解的方法将金属 离子沉积在基体表面形成涂层 的过程。
电刷镀是一种特殊的电镀技术， 通过使用涂敷工具将电镀液涂 敷在基体表面，然后通过电化 学反应形成涂层。
电镀和电刷镀涂层具有高硬度、 高耐磨性等特点，广泛应用于 机械零件的表面强化。
硬质合金涂层能够改善零件表面的应力分布，从而提高零件的疲劳强度。
航空航天领域的涂层应用
总结词
耐高温性能优异
详细描述
硬质合金涂层具有出色的耐高温性能， 能够在高温环境下保持稳定的性能， 适用于航空航天领域的高温环境。
航空航天领域的涂层应用
总结词
抗氧化性能强
详细描述
硬质合金涂层的抗氧化性能强，能够有效抵抗航空航天领域中的高速气流和高温氧化环境。
模具表面的涂层应用
总结词
提高模具寿命
详细描述
在模具表面涂覆硬质合金涂层，能够有效提 高模具的耐磨性和抗咬合性，延长模具使用
寿命。
模具表面的涂层应用
要点一
总结词
降低热传导率
要点二
详细描述
硬质材料之硬质合金与硬质合金涂层
此可以保持始终如一的精细结构。
钨钛碳化物/钴（WC/TiC/Co）：
这些百分度用来作为刀具切削钢材和其他铁基合金，TiC 成分的作用是抵制由化学分解和形成麻坑所产生高温的扩散 性冲击。碳化钨扩散到刀片的表面，但是碳化钛对这种扩散 极具抵抗力。TiC中固溶体或“固溶晶体”的WC保持着防止 形成麻坑性质到很大的程度。
陶瓷刀具材料可分为三大类：①氧化铝基陶瓷。通常是在 Al2O3基体材料中加入TiC、WC、ZiC、TaC、ZrO2等成分， 经热压制成复合陶瓷刀具，其硬度可达93～95HRC，为提高韧 性，常添加少量Co、Ni等金属。②氮化硅基陶瓷。常用的氮化 硅基陶瓷为Si3N4+TiC+Co复合陶瓷，其韧性高于氧化铝基陶 瓷，硬度则与之相当。③氮化硅—氧化铝复合陶瓷。又称为赛 阿龙(Sialon)陶瓷，其化学成分为77%Si3N4+13%Al2O3， 硬度可达1800HV，抗弯强度可达1.20GPa，最适合切削高温 合金和铸铁。
超硬材料： 人造金刚石、立方氮化硼(CBN)等具有高硬度的材料统称为超
硬材料。金刚石是世界上已知的最硬物质，并具有高导热性、高绝 缘性、高化学稳定性、高温半导体特性等多种优良性能，可用于铝 、铜等有色金属及其合金的精密加工，特别适合加工非金属硬脆材 料。1955年，美国GE公司采用高温高压法成功合成了人造金刚石 ，1966年又研制出人造聚晶金刚石复合片(PCD)，自此人造金刚石 作为一类新型刀具材料得到迅速发展。但由于金刚石中的碳在高温 下易与铁元素作用而迅速溶解，因此金刚石刀具不适合加工铁基合 金，从而大大限制了金刚石在金属切削加工中的应用。
材料表面处理-工程
材料表面处理-工程表面处理这里从类同与电镀的一些工艺作分析介绍，以下的一些工艺都是在与我们电镀相关的一些工艺过程，通过这样的介绍给大家对这些工艺有一个感性的认识，。
化学镀（自催化镀）autocalytic plating在经活化处理的基体表面上，镀液中金属离子被催化还原形成金属镀层的过程。
这是在我们的工艺过程中大多都要涉及到的一个工艺工程，通过这样的过程才能进行后期电镀等处理，多作为塑件的前处理过程。
电镀electroplating利用电解在制件表面形成均匀、致密、结合良好的金属或合金沉积层的过程，这种工艺过程比较烦杂，但是其具有很多优点，例如沉积的金属类型较多，可以得到的颜色多样，相比类同工艺较而言价格比较低廉。
电铸electroforming通过电解使金属沉积在铸模上制造或复制金属制品（能将铸模和金属沉积物分开）的过程。
这种处理方式是我们在要求最后的制件有特殊表面效果如清晰明显的抛光与蚀纹分隔线或特殊的锐角等情况下使用，一般采用铜材质作一个部件的形状后，通过电镀的工艺手段将合金沉积在其表面上，通常沉积厚度达到几十毫米，之后将形腔切开，分别镶拼到模具的形腔中，注射塑件，通过这样处理的制件在棱角和几个面的界限上会有特殊的效果，满足设计的需要，通常我们看到好多电镀后高光和蚀纹电镀效果界限分明的塑胶件质量要求较高的通常都采用这样的手段作设计。
如下图所见的棱角分明的按键板在制造上采用电铸工艺的话，会达到良好的外观效果。
真空镀vacuum plating真空镀主要包括真空蒸镀、溅射镀和离子镀几种类型，它们都是采用在真空条件下，通过蒸馏或溅射等方式在塑件表面沉积各种金属和非金属薄膜，通过这样的方式可以得到非常薄的表面镀层，同时具有速度快附着力好的突出优点，但是价格也较高，可以进行操作的金属类型较少，一般用来作较高档产品的功能性镀层，例如作为内部屏蔽层使用。
塑料电镀塑料电镀的特点塑料电镀制品具有塑料和金属两者的特性。
硬质合金材料及其涂层对不锈钢加工中刀具边界磨损的影响
硬质合金材料及其涂层对不锈钢加工中刀具边界磨损的影响在奥氏体不锈钢的加工中，硬质合金刀具耐用度主要是取决于后刀面边界磨损而不是主切削刃后刀面的平均磨损量。
本文针对奥氏体不锈钢SUS304(JIS标准，含Cr19%，含Ni9%，与GB的0Cr19Ni9相似)的加工进行研究分析。
SUS304的机械加工性能较差，在不锈钢类别中亦属难加工的材料。
包括SUS304在内不锈钢的主要特性如下：在一般的加工硬化基础上伴随着马氏体相变而产生的材质硬化，表面硬度可达到HV400。
因此，在切削加工中，处于切削表面附近的切削刃口极易损伤，造成比后刀面平均磨损大数倍的边界磨损或大面积崩刃；热传导率很低。
与低碳钢相比，100℃时只为其1/2，900℃时仅为其1/3。
因此，在各种切削速度下，其切削温度均较45钢高出100℃以上；由于材料具有相当大的韧性和强度，加工中很容易与刀具发生粘连。
从切削力分布不均匀状况以及切削温度高等特性可以看出，不锈钢的切削加工性很差，而边界部沟槽状磨损将决定刀具耐用度的优劣。
本文对物理涂层(PVD)硬质合金刀具在奥氏体不锈钢的车削及铣削加工中的情况进行了研究。
为探讨刀具的耐用度，基体材料分别为M20、K20和Z20硬质合金，涂层材料分别采用TiN、Ti(C，N)和(Ti，Al)N。
为保证排屑通畅，在车削中采用具有特殊断屑槽的机夹可转位刀片；在铣削中，为降低切削力采用大前角铣刀。
2.试验步骤2.1 车削试验被加工材料为含Cr19%、Ni9%的奥氏体不锈钢SUS304。
车削试验采用PTGNLN3225P16刀杆和无后角的TNMG160408-SF机夹可转位刀片(见图1)。
切削参数为切削速度v＝100m/min，进给量f＝0.25mm/rev，切削深度d=2mm，湿式切削。
2.2 铣削试验铣削试验采用大前角圆盘铣刀“超轻快”DSG45-4100R(φ100mm，5齿)，其轴向前角为+30°，径向前角-2°，主偏角+45°，铣刀片SGHN1203AZN-21的后角+30°(见图2)，切削参数为切削速度v＝138m/min，进给量f＝0．2mm/齿，切削深度d＝2mm，切削宽度w＝77．5mm，干式切削。
硬质合金切削刀具的材料选择与表面涂层优化
硬质合金切削刀具的材料选择与表面涂层优化硬质合金切削刀具是现代制造业中广泛应用的工具，它能够高效地进行金属切削加工。
在选择硬质合金切削刀具的材料和优化表面涂层方面，存在着一系列的考虑因素。
本文将深入探讨硬质合金切削刀具材料选择和表面涂层优化的相关问题。
首先，硬质合金切削刀具的材料选择对其性能和寿命有着重要影响。
目前市场上常见的硬质合金切削刀具材料包括钨钛合金、钨钼合金、钨钨合金等。
这些材料具有高硬度、热稳定性和耐磨性的特点，能够满足各种切削加工的需求。
在选择硬质合金切削刀具材料时，应根据具体的切削材料和加工条件进行考虑。
不同材料的硬质合金切削刀具在不同切削材料和加工条件下的性能表现也有所不同。
钨钛合金切削刀具适用于加工碳钢、不锈钢等材料，具有优异的切削性能和较长的使用寿命；钨钼合金切削刀具适用于高硬度材料的切削加工，具有较好的耐磨性和耐热性；钨钨合金切削刀具适用于加工高温合金等材料，具有良好的耐磨性和抗蚀性。
其次，硬质合金切削刀具的表面涂层优化也是提高刀具性能和寿命的关键。
表面涂层能够提供刀具表面的硬度、抗磨性和耐热性，从而降低切削时的热失效和磨损。
常见的硬质合金切削刀具表面涂层包括涂层碳化物、涂层氮化物和多层复合涂层等。
涂层碳化物主要是利用碳化物材料进行表面改性，提高切削刀具的硬度和耐磨性；涂层氮化物主要是通过氮化处理，形成硬度更高的氮化物层，提高切削刀具的耐磨性和耐热性；多层复合涂层是通过在刀具表面层叠多种材料，并通过控制不同材料的厚度和组合，达到提高切削刀具性能的目的。
在进行硬质合金切削刀具表面涂层优化时，应根据切削材料、加工条件和切削过程中的磨损机理来选择合适的涂层类型。
以增加刀具的硬度和抗磨性为主要目标，选择碳化物涂层；以提高刀具的耐热性和耐磨性为主要目标，选择氮化物涂层。
同时，在选择涂层材料时，还应考虑成本、制备工艺和刀具几何形状等因素。
此外，刀具表面涂层的结构和性能也需要进行优化。
硬质合金涂层用途
硬质合金涂层用途
硬质合金涂层是一种常见的表面涂层，其主要用途包括以下几个方面：
1. 刀具涂层：硬质合金涂层可用于加工不同材料的刀具表面，如钢、不锈钢、铜、铝等。
其涂层能够提高刀具的耐磨性、耐腐蚀性和热稳定性，使刀具寿命延长，生产效率提高。
2. 模具涂层：硬质合金涂层可以用于模具表面，如注塑模、挤出模、冲压模等。
其涂层可以提高模具的硬度和耐磨性，同时也能够减少模具和产品之间的粘附，避免模具出现卡模现象。
3. 零部件涂层：硬质合金涂层还可以用于零部件表面，如轴承、齿轮、活塞等。
其涂层能够提高零部件的耐磨性和耐腐蚀性，减少零部件的磨损，延长使用寿命。
4. 工程机械涂层：硬质合金涂层可用于工程机械表面，如铲斗、履带、刀片等。
其涂层能够提高工程机械的耐磨性和耐腐蚀性，延长使用寿命，同时也能够提高工程机械的工作效率。
总之，硬质合金涂层广泛应用于各种行业和领域，其优异的性能和可靠性使其成为表面涂层的重要选择之一。
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硬质材料之硬质合金与硬质合金涂层
h硬丽硬质合金謬第硬质合金涂第一！-<•硬质材料包括硬质合金f并包括组成硬质合金的碳化磚粉、碳化起.碳化帆、碳化错、碳化钛这些硬质粉末”以及金刚石（C）f PcD （多晶钻），cBN （立方氮化硼）f和Si3N4 氮化硅。
PcD （多晶钻）是一种使用金刚石微粒和化学粘合剂混合之后,在高温高压环境下沉积为相干结构的人造材料。
cBN （立方氮化硼）是来自PcBN的多晶体。
PcBN是一种由cBN微粒和陶瓷或金属触媒粘合剂在高温高压下沉积而成的聚合体。
Si3 N4氮化硅是一种具有高抗碎性能的陶瓷材料。
硬质合金和碳-氮化合物一尽管高速钢对于如钻孔. 拉削这样的应用仍然非常重要■但大多数的金属切削都是通过硬质合金工具完成的。
对于那些非常难于加工的材料,硬质合金现在正逐渐由碳氮化合物、陶瓷制品和超硬材料所替代。
渗碳的（或烧结的）硬质合金和碳氮化合物,被世界上大多数一致认为是硬金属, 是一系列通过粉末;台金技术制成的非常硬的.耐火. 耐磨的合金。
微小的硬质合金或者氮化物颗粒在处于烧结題液体时被金属粘结剂”胶结"o个体硬金属的成分和属性与那些黄铜和高速钢是不同的。
所有的硬金属都是金属陶瓷,是由陶瓷颗粒和金属粘结剂化合而成。
第一节硬质合金• “碳化磚”是非常硬的硬质合金颗粒,特别是碳化锯在工能力。
早期富铁基质的出现的硬质合金在用于工业用途时过于脆弱■但是不久发现将碳化锯粉末与大约10%的金属,如铁、银或钻,允许压坯在大约1500°CT 烧结,在这个过程中生成的产品具有低孔隙率、非常高的硬度,而且相当大的强度。
这些性质的组合使得材料理想的适合用来作为切削金属的加工刀具。
•硬质合金的变化是由铜焊接硬质合金嵌入变成夹具嵌入,以及涂敷技术的迅速发展。
硬质合金刀具材料的制法：一种是经过压锻和烧结至精确的形状和尺寸。
另外的一个进步是高温真空固态渗粘法(HIP)的应用。
此方法实际上允许通过高压下的惰性气体将硬质合金中所有的残余孔隙度都挤出来＞应用的温度大约是烧结温度。
硬质材料之硬质合金与硬质合金涂层PPT课件(18张)
其它刀具材料：
钢结硬质合金：
钢结硬质合金简称钢结合金，是一种新型工模 具材料,它以碳化钨或碳化钛为硬质相，以钢为粘 结相（其体积分数一般在５０％以上），针对不 同的使用要求，可选用不同的钢种为基体，包括 铬钼工具钢、高速钢、不锈钢和高锰钢。 钢结硬 质合金硬度既具有象硬质合金的高硬度、高强度、 高耐磨性，又具有工具钢的可机械加工、热处理、 锻造和焊接等特点，是介于硬质合金与工具钢之 间的工具材料，适用于工具钢由于耐磨性不够， 而硬质合金由于韧性不够和难加工成型而受到限 制的场合。
• 硬质合金的硬度取决于硬化相含量和晶粒 粒度，即硬化相含量越高、晶粒越细，则 硬度也越大。硬质合金的韧性由粘结金属 决定，粘结金属含量越高，抗弯强度越大。 硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性 较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能， 特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃ 的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍 有很高的硬度。
第四章 硬质材料
第一节 硬质合金 第二节 硬质合金涂层
硬质材料包括硬质合金，并包括组成硬质合 金的碳化钨粉、碳化钽、碳化钒、碳化铬、碳 化钛这些硬质粉末，以及金刚石（C） ， PcD （多晶钻）, cBN （立方氮化硼）, 和 Si3N4 氮化硅。
PcD（多晶钻）是一种使用金刚石微粒和化学粘合剂混合之 后，在高温高压环境下沉积为相干结构的人造材料。
可惜得是，碳化钛和TiC基固溶体非常脆而且不如碳化钨耐 磨。因此尽可能地将TiC的含量保持在最低水平。
在极限配方中碳化物是不含钨的并且完全是基于TiC基础之 上的，但一般的TiC成分不能超过18%。如果超过这个数值， 碳化物变得过脆并且非常难于铜焊。
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定义及目的
定义：硬质合金涂层是在韧性好的硬质合金 基体上涂覆耐磨性高的硬质涂层。 目的：使刀具能抵抗各种特定的耐磨机理 ， 显著提高刀具的功能和刀具的使用寿命 ，并 可大幅度提高刀具的加工效率。
涂层工艺
CVD技术主要用于硬质合 金车削类刀具的表面涂层 ，涂层刀具适用于中到重 型切削的高速粗加工。
涂层工艺
离子镀法
离子镀(IP)法是 采用离子和具有 能量的中性原子 轰击溅射净化后 的基体(沉积前) 并在沉积过程中 控制涂层成核和 生长过程。
涂层工艺
溅射法
溅射法是在高真 空充入适量的氩 气，氩气发生电 离，氩离子被阴 极加速并轰击阴 极靶表面，将靶 材表面原子溅射 出来沉积在基底 表面上形成薄膜 。
PVD技术适用于硬质合金 精密复杂刀具的涂层处理 。
涂层工艺
工艺过程
汽化
物理气相沉积
相互间反应
涂层材料
原子，分子，离子
迁移
吸附 堆集 形核 长大
涂层
涂层方法 蒸镀法 溅射法 离子镀法
涂层工艺
真空电弧蒸镀法
真空电弧蒸镀 法是使金属、 合金或化合物 在真空中电弧 蒸发、离子化 、溅射并沉积 在基体上的一 种涂层方法。
涂层材料
涂层结构
单层及多元涂层 多层涂层
梯度涂层
涂层结构
多层涂层金相结构图
TiN-TiCN-TiN-Al2O3-TiN
涂层基体
发展
(1)涂层工艺温度越来越低, 尽量减少了涂层过程中产生的应 力集中。 (2)为满足不同的切削加工需求, 涂层成分更加复杂、更有针 对性。 (3)复合涂层中各单一成分涂层的厚度越来越薄, 并逐步趋于 纳米化。 (4)涂层硬质合金刀具将采用复合表面处理技术, 实现成分、 组织结构的梯度过渡, 获得性能更好的涂层组织以及更高界 面结合强度的产品。