涂层技术的发展及应用

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纳米涂层行业报告

纳米涂层行业报告

纳米涂层行业报告纳米涂层是一种新型的涂层技术,利用纳米材料的特性,将其应用于涂层中,以提升涂层的性能和功能。

纳米涂层技术在各个领域都有广泛的应用,包括汽车、航空航天、建筑、电子、医疗等行业。

本报告将对纳米涂层行业的发展现状、市场情况、技术趋势和未来发展进行分析和展望。

一、纳米涂层行业发展现状。

纳米涂层技术自20世纪90年代开始发展,经过近30年的发展,已经取得了显著的成就。

目前,纳米涂层技术已经在许多领域得到了广泛应用,如汽车领域的自清洁涂层、防刮涂层;航空航天领域的耐高温涂层、防腐蚀涂层;建筑领域的自洁涂层、抗污染涂层等。

纳米涂层技术的应用不断拓展,市场需求也在不断增长。

二、纳米涂层行业市场情况。

目前,全球纳米涂层市场规模已经达到数十亿美元,预计未来几年还将保持较快的增长。

纳米涂层技术的应用领域不断扩大,市场需求不断增加。

特别是在汽车、航空航天、电子等高端领域,对纳米涂层的需求更为迫切。

同时,随着环保意识的提高,对于具有环保特性的纳米涂层的需求也在增加。

三、纳米涂层技术趋势。

随着科技的不断进步,纳米涂层技术也在不断创新和发展。

未来,纳米涂层技术将更加注重功能性和环保性。

例如,自清洁、自修复、抗菌等功能将成为纳米涂层的发展趋势。

同时,纳米涂层的环保性也将成为技术发展的重要方向,减少对环境的污染和对人体的伤害。

此外,纳米涂层技术还将更加注重与其他材料的结合,以提升涂层的性能和适用范围。

四、纳米涂层行业未来发展展望。

纳米涂层技术作为一种新型的涂层技术,具有广阔的发展前景。

随着科技的不断进步和市场需求的不断增加,纳米涂层行业将迎来更大的发展机遇。

未来,纳米涂层技术将在汽车、航空航天、电子、医疗等领域得到更广泛的应用,为这些行业带来更多的创新和发展机会。

同时,纳米涂层技术还将在环保领域发挥更大的作用,为人类的可持续发展做出更大的贡献。

总之,纳米涂层行业作为一种新兴的涂层技术,具有广阔的发展前景。

随着科技的不断进步和市场需求的不断增加,纳米涂层技术将在各个领域得到更广泛的应用,为社会的发展和进步带来更多的机遇和挑战。

涂层技术的发展及应用

涂层技术的发展及应用

涂层技术的发展及应用涂层技术是一种在基材表面形成一层覆盖物的制造技术。

随着科学技术的不断进步,涂层技术的发展和应用也得到了长足的进展。

下面将从涂层技术的发展趋势、应用领域和未来发展方向三个方面进行讨论。

1.薄膜涂层技术:随着纳米科技的发展,薄膜涂层技术得到了广泛应用。

薄膜涂层技术可以使基材表面具有一定的功能,如防腐、防刮擦、抗氧化等,同时还可以对基材进行改性,提高其力学性能和化学稳定性。

2.多功能涂层技术:涂层技术的发展逐渐由单一功能向多功能方向发展,如具有防水、防污、防紫外线和抗菌等多种功能于一体的复合涂层。

多功能涂层技术可以满足人们对材料性能的多样化和个性化需求。

3.环保涂层技术:随着环保意识的提高,涂层技术的环保性也受到了广泛关注。

传统的有机溶剂型涂料中含有有机溶剂,对环境和人体健康有害。

因此,发展环保涂层技术成为当前的趋势之一,如水性涂料、无溶剂涂料等,这些涂料对环境污染少,能够降低有机溶剂的排放。

1.汽车工业:涂层技术在汽车制造中扮演着重要角色。

汽车的外观涂层能够提供防腐、抗刮擦、美观等功能,同时还可以改善车辆的燃油效率。

另外,涂层技术在汽车零部件的制造中也有广泛应用。

2.建筑工业:涂层技术在建筑工业中主要应用于墙面、天花板、地板等室内外装饰材料的涂装。

这些涂料可以提高建筑物的耐候性、耐火性和美观度。

3.电子工业:涂层技术在电子工业中用于保护电子元器件和电路板。

电子元器件的涂层可以提高其防潮、防腐、绝缘和散热性能。

4.能源工业:涂层技术在能源工业中应用广泛,如太阳能电池板涂层、涂层燃料电池、涂层光伏薄膜等。

5.医疗工业:涂层技术在医疗器械、假体等医疗领域也有重要应用,如具有抗菌、生物相容性和生物降解性的医用涂层。

未来涂层技术的发展方向主要包括以下几个方面:1.纳米涂层技术:由于纳米颗粒的特殊性质,纳米涂层技术在涂层领域具有广阔的应用前景。

未来纳米涂层技术将得到更广泛的研究和应用。

2.智能涂层技术:随着智能材料的发展,涂层也将发展成为具有智能功能的材料。

PVD涂层技术的发展与

PVD涂层技术的发展与
用寿命。
PVD涂层技术在其他领域的应用案例
要点一
总结词
要点二
详细描述
拓宽应用领域、满足多样化需求
除了上述领域,PVD涂层技术还广泛应用于其他领域,如 珠宝首饰、光学仪器、医疗器械等。在珠宝首饰领域, PVD涂层可以用于制造各种彩色宝石和金属饰品的外观效 果;在光学仪器领域,PVD涂层可以提高镜片的抗反射性 能和耐磨损性能;在医疗器械领域,PVD涂层可以用于制 造人工关节、牙科材料等医疗器械,提高其耐磨性和生物 相容性。
航天器涂层
PVD涂层技术可以为航天器提供良 好的耐高温、抗氧化和耐辐射等性 能,保证航天器的长期稳定运行。
电子工业领域的应用
磁头涂层
PVD涂层技术可以为磁头提供耐磨、耐腐蚀和抗氧化等性能,提 高磁头的稳定性和寿命。
太阳能电池涂层
PVD涂层技术可以为太阳能电池提供高反射性和高耐候性等性能, 提高太阳能电池的光电转换效率和长期稳定性。
在制备硬质涂层、耐磨涂层等领域应 用广泛。
溅射镀膜
广泛应用于制备陶瓷、金属复合涂层 等。
PVD涂层技术的选择
根据应用需求选择
不同的PVD涂层技术适用于不同 的应用领域,需要根据具体需求 进行选择。
根据材料性质选择
不同材料的物理和化学性质不同, 需要选择合适的PVD涂层技术以 获得最佳的涂层效果。
根据工艺参数选择
PVD涂层技术的发展 与应用
目 录
• PVD涂层技术的概述 • PVD涂层技术的种类 • PVD涂层技术的应用领域 • PVD涂层技术的发展趋势与挑战 • PVD涂层技术的应用案例
01
PVD涂层技术的概述
PVD涂层技术的定义
01
PVD涂层技术是指通过物理气相 沉积的方法,将金属或非金属材 料涂覆在基体表面,形成一层具 有特殊性能的涂层的技术。

涂层技术在钢铁制造中的应用

涂层技术在钢铁制造中的应用

涂层技术在钢铁制造中的应用钢铁是现代工业以及建设所必不可少的材料,而涂层技术则是将钢铁加工到更高层次的方法。

涂层技术在钢铁制造中的应用是一种有效的解决方案,不仅能提高钢铁的质量,而且也能提高钢铁制品的使用寿命和附加值。

本文将从原理、应用、现状等多个角度深入探讨涂层技术在钢铁制造中的应用。

首先,我们需要了解涂层技术的原理。

涂层技术是将一层材质覆盖在另一层材质上的一种加工方法。

这种技术可以使材料的耐用性和光泽度得到提升,同时还可以在一定程度上改善材料的外观和颜色。

涂层技术主要有电解镀铬、电镀锌等,其中热浸镀锌技术是最常见且最重要的涂层技术之一。

接下来我们来探讨涂层技术在钢铁制造中的应用。

涂层技术可以为钢铁带来多种优点,将钢铁内部的多种元素进行合成,可以显著地保护钢铁表面不受氧化、污染、UV线等,从而延长钢铁的使用寿命。

此外,如果使用更高级的涂层技术,如热浸镀锌技术,钢铁制品不仅可以保持表面平整度高、颜色光鲜亮丽,还可以排除被任何外力损伤的危险。

涂层技术的应用使钢铁制品永不腐蚀,大大提高了钢铁制品的使用效益。

那么涂层技术在钢铁制造中的现状如何呢?目前,全球范围内对热浸镀锌技术已有大量的实践和应用,特别是在工业领域,如汽车、建筑、电力、家电等领域,常常使用热浸浴锌技术来对钢铁制品进行防腐蚀保护或全面保护。

最近几年,这种技术得到了广泛的应用推广,而且出现了很多新的涂层技术,如高温压电全涂料、憎水整体压电涂料等,含胶、防锈等,这种综合涂层加工技术的全面发展已得到广泛的认同和重视。

除了热浸浴锌技术,其他领域也在涂层技术的研究方面取得了不少成果。

例如,一些新的耐磨与防护涂料已经应用于中低速铁道车辆的车轮、连杆、耳轴等部件上;一些高共振涂料已经广泛应用于空气,水等环境中,用于抗磨和减少摩擦,并且对各种各样的机器和设备都适用。

所有这些新的涂层技术已经成为了钢铁制品行业的一个重要细分市场。

在钢铁行业中,涂层技术不仅被广泛应用,而且发展势头良好。

纳米涂层的市场前景与应用研究

纳米涂层的市场前景与应用研究

纳米涂层的市场前景与应用研究在当今科技飞速发展的时代,纳米技术作为一项具有革命性的创新领域,正不断地为各个行业带来全新的机遇和变革。

其中,纳米涂层以其独特的性能和广泛的应用前景,逐渐成为了市场关注的焦点。

纳米涂层,顾名思义,是将涂层材料以纳米尺度进行处理和应用,从而赋予涂层前所未有的性能和功能。

与传统涂层相比,纳米涂层具有更优异的耐磨、耐腐蚀、防水、防污、抗菌等特性,这使得它在众多领域展现出了巨大的应用潜力。

从市场前景来看,纳米涂层的发展呈现出一片繁荣的景象。

随着制造业的不断升级和对产品质量要求的日益提高,对于具有高性能保护涂层的需求持续增长。

例如,在汽车工业中,纳米涂层可以用于提高汽车零部件的耐磨和耐腐蚀性能,延长使用寿命,减少维修成本。

在电子行业,纳米涂层能够增强电子产品的防水和防尘能力,提高产品的可靠性和稳定性。

此外,航空航天、医疗器械、能源等领域对纳米涂层的需求也在不断扩大。

据市场研究机构预测,未来几年纳米涂层市场将保持较高的增长率。

这主要得益于技术的不断进步、成本的逐渐降低以及市场对高性能涂层的持续需求。

同时,政府对环保和可持续发展的重视也为纳米涂层的发展提供了政策支持。

例如,一些国家出台了严格的环保法规,要求企业减少污染物排放,而纳米涂层在某些情况下可以替代传统的化学处理方法,减少对环境的污染。

在应用方面,纳米涂层已经取得了众多令人瞩目的成果。

在建筑领域,纳米涂层可以应用于玻璃表面,使其具有自清洁功能。

这种自清洁玻璃能够利用阳光中的紫外线分解表面的污垢,雨水一冲即可保持干净,大大降低了建筑物的清洁成本。

同时,纳米涂层还可以用于提高建筑材料的防水和抗风化性能,延长建筑物的使用寿命。

在纺织行业,纳米涂层可以赋予纺织品防水、防油、防污和抗菌等功能。

例如,户外运动服装经过纳米涂层处理后,可以在恶劣的天气条件下保持干爽和清洁,同时具有抗菌性能,减少异味和皮肤感染的风险。

在能源领域,太阳能电池板表面的纳米涂层可以提高其光吸收效率,从而增加发电量。

纳米涂层技术的研究及应用

纳米涂层技术的研究及应用

纳米涂层技术的研究及应用在当今的现代社会,纳米科技是一个备受瞩目的领域,它涵盖了物理学、化学、材料科学、生物学等多个学科,广泛应用于生物、环境、电子、通讯、医疗等诸多领域。

而纳米涂层技术作为纳米科技的重要分支,不仅在产品的性能和质量上有了突破性的进展,也为未来的科技发展带来了无限可能。

一、纳米涂层技术的定义及分类纳米涂层技术是指以纳米粒子为原料,通过化学、物理方法在表面形成一层薄膜的技术。

它不仅能在产品表面形成密闭的防护层,而且能保持好的光滑度、透明度、导电性和导热性等。

根据涂层的材料和用途等方面的不同,纳米涂层技术可以分为以下几类:1. 金属纳米涂层技术金属纳米涂层技术是指将金属纳米粒子应用于涂层中,形成具有金属纳米结构的表面修饰技术。

这种技术可以制造出很多新材料,如金属黏着剂、导电、光学薄膜以及各种材料的防腐蚀层等。

2. 无机纳米涂层技术无机纳米涂层技术是指以无机纳米粒子为主要原料,通过特殊工艺加工成涂料,赋予其他材料附加的特性的技术。

在防火、耐磨、防腐、防污等诸多方面得到了广泛的应用。

3. 有机纳米涂层技术有机纳米涂层技术是指以有机材料的纳米粒子为主要原料,制备出一种紧密而完整的有机薄膜的技术。

这种技术可以制备出各种具有高防护性、高透明度、耐酸碱、遮光、耐水的薄膜,如塑料、橡胶、纸张等各种材料的防护层。

二、纳米涂层技术应用领域1. 汽车制造业在汽车制造业中应用纳米涂层技术能够加强汽车表面的硬度、降低密度、增强耐蚀性,提高涂层的附着力和粘合力。

同时,在减少外观漆膜厚度的情况下,能够提升光泽度、降低摩擦损失、提高车身质量,从而提高了汽车的耐用性和市场竞争力。

2. 电子工业在电子制造领域,纳米涂层技术可以应用于电子元器件、液晶显示器及其他电器制造领域中,使电子产品具有防水、防油污、防磨损、防氧化等特性,同时也可以降低产品能量消耗、提高机械精度及可靠性等方面的指标。

3. 航空航天领域在航空航天领域,纳米涂层技术是一项极其重要的技术,可以有效地提高飞机表面的耐腐蚀、耐磨损性能,从而可以减少飞行过程中的机械损耗,增强机体的防腐能力和强度,为飞机的空气动力性能和机体气动设计做出了重要贡献。

涂层加工技术的发展与应用

涂层加工技术的发展与应用

涂层加工技术的发展与应用近年来,随着科学技术的不断进步,涂层加工技术的发展也日益成熟。

涂层加工技术是指在材料表面形成一层保护膜,以改变其特性、提高抗腐蚀性、耐磨性、耐热性等性能的一种处理方式。

涂层加工技术具有广泛的应用领域,如汽车、航空航天、建筑、电子、能源等行业都离不开涂层加工技术的应用。

一、涂层加工技术的发展历程早在古代,人们就开始采用一些简单的方法来保护金属器物,例如用蜡质涂层、镀金、镀银等方法。

但是这些方法都有其局限性,效果有限。

直到20世纪60年代,涂层加工技术才开始真正的起步。

此时,德国研究人员发明了一种新型的涂层加工技术——热喷涂技术,得到了广泛的应用。

二、不同类型的涂层加工技术1、化学镀工艺化学镀是指将金属阳极溶解于电解液中,在阴极表面上沉积出金属离子的一种电化学过程。

化学镀工艺不要求零件的形状结构,可以镀扁、弯、曲、细、小的空洞和板材加工件等,所以使用广泛,特别适用于微型和精密器件。

2、电镀工艺电镀是指将一种金属或合金沉积在另一种金属或合金表面的一种化学反应,即在电解质溶液中,用作阴极的物体上,有一层均匀的、粘附的金属层沉积下来,形成具有一定厚度的覆盖层。

电镀处理可以提高材料的表面光洁度、硬度和耐磨性。

3、热喷涂工艺热喷涂工艺是指将一些合金材料、陶瓷材料等通过高速喷出来的射流,在零件表面上形成涂层,从而起到保护和改善材料性能的作用。

热喷涂工艺具有涂层厚度可控、形状规则、工艺简单等优点,被广泛应用于航空航天、能源、化工等领域。

4、物化镀工艺物化镀是指将陶瓷、高分子、金属等材料通过物理或化学方法,使其形成独立的涂层。

物化镀工艺可以提高材料的抗磨损、耐蚀和耐高温性能,因此在锅炉、热交换器、配电装置等设备上使用广泛。

三、涂层加工技术的应用领域涂层加工技术的应用已经涉及了多个领域,如汽车、建筑、电子、能源等。

1、汽车汽车是涂层加工技术应用最广泛的领域之一。

目前汽车零部件大多采用镀铬、喷涂等涂层技术,可以起到强化与美化的作用。

纳米级涂层技术的优势与应用场景

纳米级涂层技术的优势与应用场景

纳米级涂层技术的优势与应用场景近年来,纳米级涂层技术在各个领域的应用日益广泛。

纳米级涂层技术通过在物体表面形成纳米级厚度的薄膜,改变物体的表面性质,从而实现一系列的功能改进。

本文将就纳米级涂层技术的优势以及几个应用场景进行描述。

首先,纳米级涂层技术具有优异的性能和功能改进能力。

这是因为纳米级涂层薄膜具有较高的比表面积,大大增加了与周围环境的接触面积,导致其具有出色的抗氧化、耐磨、抗腐蚀以及耐高温性能。

此外,纳米级涂层薄膜还能够调控物体的表面能、粘附性和润湿性,从而实现增强涂层的附着力和耐磨性。

这些性能和功能改进使得纳米级涂层在许多领域具有广泛的应用前景。

其次,纳米级涂层技术在航空航天领域具有重要的应用价值。

航空航天器在极端的环境下工作,如高温、低温、真空和强辐射等,对材料的表面性能提出了严格的要求。

纳米级涂层技术可以通过调整涂层成分和结构,提高材料的抗高温性能和耐辐射性能,同时还能够减少航天器表面的氧化和腐蚀问题,从而提高航天器的可靠性和寿命。

此外,纳米级涂层技术在汽车工业中也得到了广泛应用。

汽车表面涂层能够提高汽车的耐磨性、耐腐蚀性和耐候性,延长汽车的使用寿命。

纳米级涂层技术通过形成高硬度的陶瓷涂层或者降低摩擦系数的润滑涂层,能够减少摩擦损失和能量消耗,提高汽车的燃油效率。

此外,纳米级涂层技术还可以制备具有自清洁功能的涂层,通过水珠自洗效应使得汽车表面易于清洁。

这些功能改进可以提升汽车的性能和驾驶体验。

另外,纳米级涂层技术在电子产品领域也具有重要的应用。

电子产品表面具有很强的化学活性,容易受到湿气、腐蚀性气体和灰尘的侵蚀。

纳米级涂层技术可以在电子产品表面形成一层保护薄膜,阻隔湿气和有害气体的渗透,从而提高电子产品的稳定性和可靠性。

此外,纳米级涂层薄膜还可以提高电子产品的抗指纹和抗划伤性能,保持产品的外观和使用寿命。

最后,纳米级涂层技术在医疗领域也有广泛的应用。

医疗器械表面容易受到细菌和病原微生物的侵袭,导致交叉感染的风险增加。

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目录摘要: (2)Abstract: (2)1. 绪论 (3)2. 涂层技术的发展及现状 (3)2.1 CVD技术的发展 (3)2.2 PVD技术的发展 (4)2.3 我国涂层技术的发展及现状 (5)3. 切削刀具涂层技术研究进展 (6)3.1 多元涂层 (6)3.2 多层涂层 (6)3.3 纳米涂层 (7)3.4 超硬材料涂层 (8)4. 涂层刀具在金属切削加工中的应用 (8)4.1. 初期试验阶段 (9)4.2 试验总结分析 (11)4.3 成本改善及创效分析 (12)参考文献 (13)刀具涂层技术在机械加工中的应用赵剑(中国第一拖拉机股份有限公司齿轮厂工装部)摘要:切削刀具表面涂层技术是应机械加工性能需求发展起来的材料表面改进性技术。

涂层技术可有效提高切削刀具使用寿命,降低刀具消耗,使刀具获得优良的综合机械性能,从而大幅度提高经济效益和机械加工效率。

为满足现代机械加工对高效率、高精度、高可靠性的要求,尤其是机械传动行业,世界各国制造业对涂层技术的发展及其在刀具制造中的应用日益重视。

关键词:涂层技术,切削刀具,PVD,机械性能,经济效益。

Abstract:Surface coating technology for cutting tool is an improving technology with the demand of maching property development. Coating technology can effectively improve the service life of tool , reduce the tool consumption and make the tool getting excellent comprehensive mechanical properties. Thus , it can improve economic returns and working effiency. In order to satisfy the requirements for high efficiency, high precision and high reliability, especially in the mechanical drive industry. Every country of manufacturing industy in the world should pay more attention to the development of coating technology and application in the tooling manufacturingKeywords: Coating Technology,Cutting Tool,PVD,Mechanical properties,Economic benefit。

1. 绪论切削刀具表面涂层技术是近几十年应市场需求发展起来的材料表面改进性技术。

涂层刀具比未涂层刀具具有高速、高效、高精度、高质量、低成本及长寿命的优点,使刀具获得优良的综合机械性能,从而大幅度提高机械加工效率。

可以说,涂层刀具的出现是刀具材料发展的一次革命,因为它解决了刀具强度和韧性之间的矛盾。

因此,涂层技术与材料、切削加工工艺一起并称为切削刀具制造领域的三大关键技术。

为满足现代机械加工对高效率、高精度、高可靠性的要求,世界各国制造业对涂层技术的发展及其在刀具制造中的应用日益重视,并有了长足的发展,为刀具切削性能的提高开创了新的历史篇章。

我国的刀具涂层技术经过多年发展,目前正处于关键时期,即原有技术已不能满足切削加工日益提高的要求,而国内各大工具厂的涂层技术也远落后于世界其他国家,到了必须更新换代的时期。

因此,充分了解国内外刀具涂层技术的现状及发展趋势,瞄准国际涂层技术先进水平,有计划、按步骤地发展刀具涂层技术(尤其是PVD 技术),对于提高我国切削刀具制造水平具有重要意义。

2. 涂层技术的发展及现状刀具涂层技术通常可分为化学气相沉积(CVD)技术和物理气相沉积(PVD)技术两大类,分别评述如下。

2.1 CVD技术的发展二十世纪六十年代以来,CVD技术被广泛应用于硬质合金可转位刀具的表面处理。

由于CVD工艺气相沉积所需金属源的制备相对容易,可实现TiN、TiC、TiCN、TiBN、TiB2、AL2O3等单层及多元多层复合涂层的沉积,涂层与基体结合强度较高,薄膜厚度可达7-9μm,因此到八十年代中后期,美国已有85%的硬质合金工具采用了表面涂层处理,其中CVD涂层占到99%;到九十年代中期,CVD涂层硬质合金刀片在涂层硬质合金刀具中仍占80%以上。

尽管CVD涂层具有很好的耐磨性,但CVD工艺亦有其先天缺陷:一是工艺处理温度高,易造成刀具材料抗弯强度下降;二是薄膜内部呈拉应力状态,易导致刀具使用时产生微裂纹;三是CVD工艺排放的废气、废液会造成较大环境污染。

因此自九十年代中期以来,高温CVD技术的发展和应用受到一定制约。

九十年代中后期,中温化学气相沉积(MT—CVD)技术的出现使CVD技术发生了革命性变革。

采用MT—CVD技术可获得致密纤维状结晶形态的涂层,涂层厚度可8—10μm,(新型MT—CVD涂层的剖面结构见图1)。

这种涂层结构具有极高的耐磨性、抗热震性及韧性,并可通过高温化学气相沉积工艺在刀片表面沉积AL2O3等抗高温氧化性能好、与被加工材料亲和力小、自润滑性能好的材料。

MT—CVD 涂层刀片适于在高速、高温、大负荷、干式切削条件下使用,其寿命可比普通涂层刀片提高一倍左右。

图12.2 PVD技术的发展PVD技术出现于二十世纪七十年代末,由于其工艺处理温度可控制在500°以下,因此可作为最终处理工艺用于高速钢类刀具的涂层。

由于采用PVD工艺可大幅度提高高速钢刀具的切削性能,所以该技术得到了迅速推广,至八十年代末,工业发达国家高速钢复杂刀具的PVD涂层比例已超过60%。

研究结果表明:与CVD工艺相比,PVD工艺处理温度低,在600°以下时对刀具材料的抗弯强度无影响(试验结果见表1);表1 不同温度下PVD涂层对硬质合金材料抗弯强度的影响随着高速切削加工时代的到来,高速钢刀具应用比例逐渐下降、硬质合金刀具和陶瓷刀具应用比例上升已成必然趋势,因此,工业发达国家自九十年代初就开始致力于硬质合金刀具PVD涂层技术的研究,至九十年代中期取得了突破性进展,PVD涂层技术已普遍应用于硬质合金立铣刀、钻头、阶梯钻、油孔钻、铰刀、丝锥、可转位铣刀片、异形刀具、焊接刀具等的涂层处理。

经过几十年的研究和开发,各种刀具涂层工艺已广泛应用于硬质合金和高速钢切削刀具。

涂层工艺的主要发展阶段及应用领域见表2。

表2 主要涂层工艺发展时段及应用领域2.3 我国涂层技术的发展及现状我国从二十世纪七十年代初开始研究CVD涂层技术,由于该项技术专用性较强,国内从事研究的单位并不多,导致在随后的十多年里发展较为缓慢。

到八十年代初期,我国开始致力于PVD涂层技术的研究,至八十年代中期研制成功中小型空心阴极离子镀膜机,并开发了高速钢刀具TiN涂层工艺技术。

在此期间,国内先后有七家大型工具厂从国外引进了大型PVD涂层设备(均以高速钢TiN涂层工艺为主)。

技术及设备的引进调动了国内PVD技术的开发热潮,许多科研单位和各大真空设备厂纷纷展开了大型离子镀膜机的研制工作,并于九十年代初开发出多种PVD涂层设备。

但由于多数设备性能指标不高,无法保证刀具涂层质量,同时预期的市场效益未能实现,因此大多数企业未对PVD 刀具涂层技术作进一步深入研究,导致国内PVD刀具涂层技术的发展徘徊不前。

尽管九十年代末国内成功开发出多元复合涂层工艺技术并达到实用水平,CNX涂层技术的研发也有重大突破,但与国际发展水平相比,我国的刀具PVD涂层技术仍落后十年左右。

目前国外刀具PVD涂层技术已发展到第四代,而国内尚处于第二代水平,且仍以单层TiN 涂层为主。

3. 切削刀具涂层技术研究进展由于单涂层其性脆,不耐冲击,结合力较弱等缺点,所以无法满足现代加工的要求。

随着科技的发展,多元涂层和多层涂层相继出现,较好的弥补了单涂层的不足。

3.1 多元涂层单涂层刀具由于基材与涂层两者的硬度,弹性模量及热膨胀系数相差较远,晶格类型也不尽相同,导致残余应力增加,结合力较弱。

在单涂层中加入新的元素(如加入Cr 和Y提高抗氧化性,加入Zr、V、B和Hf提高抗磨损性,加入Si提高硬度和抗化学扩散)制备出多元的刀具涂层材料,大大提高了刀具的综合性能。

最常用的多元刀具涂层是TiCN、TiA1N涂层。

TiCN涂层兼有TiC和TiN涂层的良好韧性和硬度,它在涂覆过程中可通过连续改变C和N的成份来控TiCN的性质,降低涂层的内应力,提高韧性,增加涂层厚度,阻止裂纹扩展,减少崩刃。

近年来,以TiCN为基的四元成分新涂层材料(如TiZrCN、TiAlCN、TiSiCN等)也纷纷出现。

TiA1N涂层材料是目前应用最广泛的高速硬质合金刀具涂层之一,TiA1N有很高的高温硬度和优良的抗氧化能力,抗氧化温度为800℃,在高速加工中表面会产生一层非晶态A12O3薄膜,对涂层起保护作用。

目前人们将研究重点放在对TiA1N涂层的改进上,以满足应用领域对诸如抗氧化性能、热稳定性能及热硬度等需求的不断提高。

3.2 多层涂层随着涂层技术的发展,单层多元涂层也逐渐被多层的复合涂层所取代。

根据不同涂层材料的性能和切削条件,涂覆不同的涂层组合,以发挥各种涂层的优越性能。

TiC/TiN双层涂层兼有TiC涂层的高硬度和高耐磨性,并有TiN涂层良好的化学稳定性和高抗月牙洼磨损性能。

由于TiC的热膨胀系数比TiN更接近基体,涂层的残余应力较小,与基体结合牢固,所以常用作多层涂层的底层。

其它的双层涂层有TiN/CBN、Al203/CBN、TiC/TiBN及Al203/Ti2O3等。

三层涂层的组合方式很多,例如TiC/TiCN/TiN、TiC/TiCN/Ti2O3、TiC/TiN/Al203、TiC/Al23/TiN等,都是利用各个单涂层的优点根据不同的切削条件组合而成的。

最常见是TiC/TiCN/TiN涂层,这种涂层与TiC/TiN涂层相同,切削性能优于单层TiC 和TiN涂层。

大多数刀具涂层厂家都有这种组合方式的涂层牌号,如美国Carmet公司的CA9443、CA9721;Kennametal公司的KC210、KC250等。

在TiC/TiCN/TiN涂层组合中再加入Al203涂层,成为更现代化的涂层。

如瑞典Sandvik Coromant公司在CIMT2005上新的GC2015牌号刀具是具有TiCN—TiN/Al203/TiN结构的复合涂层,其中底层的TiCN与基体的结合强度高,并有良好的耐磨性。

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