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納米涂層技術到底是什么?怎樣應用在壓鑄模具上?
一、納米材料與納米涂層簡介1、什么是納米材料? (1)納米(nanometrer)是一個度量單位,1納米(nm)等于10-9米。 (2)納米材料(nano material),就是指用直徑達到納米級(1~100nm)的微小粒子制成的各種材料。2、為何納米材料的性能比普通材料更優?當構成物質的顆粒尺寸進入納米尺度,特別是幾個納米時,因其內部粒子間的結構形態將發生根本性變化,從而使得一系列的物理性能都更加優化,甚至發生本質上的變化,比如硬度、韌性、耐熱性、防腐性能等等。3、納米涂層(也稱納米薄膜)納米薄膜具有的光,電,熱以及機械方面的性能等方面的獨特功能。
二、我們的納米涂層1、我們的納米涂層屬于金屬陶瓷材料,有金屬和陶瓷雙重特性,如下所述: (1)涂層硬度極高,是刀具,模具鋼材硬度的3倍以上,甚至可達5000HV以上(陶瓷特性) (2)涂層細膩光滑,與鋼材之間的摩擦系數小(陶瓷特性): (3)涂層與金屬不易粘黏,可以防止積屑,提高被加工件表面質量(陶瓷特性): (4)良好的韌性,耐沖擊,耐碰撞,可用于壓鑄模具、沖壓模具(金屬特性) (5)良好的熱穩定性,部分涂層甚至可以承受1200℃以上的工作溫度(陶瓷特性) (6)涂層晶粒極其微小,結構極為緊密,故有良好的耐酸堿腐蝕性能 (7)涂層無毒無害,且環保,可用于醫療器械,人工環節食品加工的刀工具(例如:果汁刀片機)等 (8)可導電,導磁(金屬特性)2、應用中表現出的優點主要有: (1)刀具,模具的耐磨性大大增強,使用壽命提高3~10倍,甚至更高,使得客戶成本大大降低; (2)減少換刀,修模的時間,提高生產效率; (3)產品表面質量提高,且不良率下降; (4)涂層的厚度很薄,僅為1-5μm左右(0.001um-0.005mm),故一般不會影響刀具,模具的尺寸精度。
三、對工件的要求1、材質 (1)一般要求是金屬材料,如模具鋼、高速鋼、硬質合金、不銹鋼、銅、鋁合金等。 (2) 需要的工件必須能夠承受至少200~650℃而不能熔化或碳化,故不能是塑膠、橡膠、紙張、棉麻、木材等材料。 (3)工件要能導電,一般不能是陶瓷、玻璃等。2、鋼件熱處理回火溫度(1)對鋼件熱處理回火溫度的要求 ①回火溫度必須高于鍍膜溫度。因為如果工件回火溫度低于鍍膜溫度,就會導致工件材料硬度下降,下降程度會因具體材料和溫度不同而不同,可能會是幾度到20度以上(HRC) ②不論回火溫度如何,我司在鍍膜過程中只能選擇比熱處理回火溫度更低的溫度處理,才能保證工件硬度不下降。 ③一般的回火溫度有:a. 高溫:500℃以上b. 中溫:350℃左右c. 低溫:200℃左右※注:實際上,熱處理廠可以根據不同的材料、不同的要求設計出不同溫度參數的回火工藝,并不單純是上述幾個數值。(2)我司鍍膜的溫度 ①根據不同的要求,我司的鍍膜溫度可以作三種選擇:a. 高溫:500℃b. 中溫:320℃c. 低溫:180℃ ②不同的鍍膜溫度鍍的薄膜的特性會有些許差異,用TiN(氮化鈦)舉例說明:a. 顏色:高溫鍍的就會更金黃、光亮;低溫鍍的就會相對淡一些。b. 耐磨性:低溫鍍的相對于高溫鍍的耐磨性要差一些。(3)如何選擇回火溫度 ①無論何種材料,選擇不同的回火溫度所得到的硬度值一般是不一樣的。 ②如果在硬度、韌性等基本要求都可以滿足的情況下,請盡量選擇更高的回火溫度,以便于我們鍍膜處理可以選擇更高的溫度,以達到更佳的效果。 ③并非任何材料都可以選擇高溫回火,因為有些材料選擇高溫回火比低溫回火得到的硬度值相差很多,甚至可能達到20HRC。 ④不同的材料,其熱處理特性也是不同的。應如何選擇適合的回火溫度,最后咨詢您的熱處理供應商(別忘了將您對工件硬度和需要鍍膜的要求告訴他)。3、工件外形與鍍面(1)工件最大尺寸: ①細長件:長度≤1000mm; ②圓柱形大模具,圓柱面未涂層重點:最大尺寸≤Φ800*800mm; ③板狀大模具,板的一面為涂層重點:最大尺寸≤800(長)*650(寬)*450(高)mm。(2)工件上必須有不需要涂層的部位(如柄部、孔、螺紋、臺階等),以便于涂層中用于支撐和固定工件。(3)對于要求涂層的內孔,要求孔徑≥孔深,否則不能保證內孔深處涂層厚度和質量。(4)為了保證使用重點面的涂層質量,客戶須明確告知“使用重點部位”、“可鍍可不鍍的部位”、“一定不能鍍的部位”,最好不要為追求美觀而要求全鍍。4、工件表面狀況(1)工件一定要是已經過精加工,完全成型并且是可用的,涂層是所有制作工序中的最后一道工序。(2)工件一定要做好防銹工作,如涂抹防銹油等。(3)工件表面不能做滲碳、滲氮、氧化、TD、噴漆、電鍍等處理。5、工件結構(1)工件上不能有密閉的中空結構,因為密閉的空氣受熱后膨脹,其壓力會引起爆裂。(2)工件上如果有細長孔、縫隙(如噴水鉆的注水孔)等,孔內或縫隙不能阻塞,否則殘留的油污等會影響鍍膜(同理,壓鑄塑膠模具試模后,殘留的膠料要清理干凈)。(3)鑲嵌件,如果可用拆分的,就拆開鍍,然后再組合使用;如果不開拆分的,要絕對保證鑲嵌內部不能有油污,否則會影響鍍膜。(4)焊接件,要注意兩個問題: ①焊接材料能否承受450℃高溫而不熔化,一旦熔化,會造成焊接和突出的異常; ②工件的精度是否允許焊接處在承受450℃高溫的變形量,否則不宜做涂層。6、包裝(1)任何工件在交我司做涂層的運輸途中,均需要有包裝,且包裝必須能保證工件的安全。(2)對于鋒利刃具,如銑刀、絲攻、鉸刀等,建議采用每只產品之間都有區隔的包裝方式。(3)對于較重的大型件,如果采用快遞或貨運,一定要有足夠強度的包裝箱,以保證運輸途中不被損傷。 五、PVD涂層與其他表面處理的比較1、CVD簡介(Chemical Vapor Deposition——化學氣相沉積)(1)將各種化學反應物質:如四氯化鈦(TiCl4)和甲烷(CH4)等含碳氣體(或其它碳氮氣體)蒸氣等通入反應爐體內,在高溫(900~1200℃)狀態下,TiCl4中的鈦(Ti)和碳氫化合物中的碳(C)在模具表面進行化學反應,從而生成一層金屬化合物涂層碳化鈦(TiC)。利用不同的反應物,可得到不同的薄膜,如TiN、Ti(CN)、CrC等等。(2)CVD的優點: ①鍍膜與基材的附著性優良; ②復雜的形狀都可以處理:如深孔、內管、細縫等。(3)CVD的優點: ①鍍膜溫度太高,對基材和反應設備的耐熱性要求很高,很多工件難以承受; ②高溫使基材尺寸變化和變形嚴重,故適于精密度高的工件; ③對于要求工件局部鍍膜,難以實現; ④活潑性氣體源的使用,制程中有爆炸、毒性氣體泄漏等隱患,且對環境有污染。2、TD簡介(Thermal Diffusion Coating Process——熱擴散法碳化物覆層處理)(1)在空氣爐或鹽槽中放入一個耐熱的坩堝,將硼砂放入坩堝加熱熔化至800~1200℃,然后加入相應的碳化物形成粉末(如鈦、鋇、鈮、鉻),再將鋼或硬質合金工件放入坩堝中浸漬保溫1~2小時,加入元素將擴散至工件表面并與鋼中的碳發生反應形成碳化物層(如:VC—碳化釩;CrC—碳化鉻),所得到的碳化物層具有很高的硬度和耐磨性。(2)TD最主要適合于鉻鋼的工件。(3)TD的優點:
①覆層與基材的附著性優良; ②覆層的厚度較厚。3、電鍍硬鉻(Cr)簡介(1)用鉻酐、硫酸和添加劑等配制成電鍍液,將工件放入溶液中電鍍金屬鉻沉積在工件表面形成鍍層。(2)實際上所謂“鍍硬鉻”,其鉻層硬度并不比裝飾鉻層硬度高,只因其鍍層較厚,故能發揮其硬度高、耐磨的特點,故稱鍍硬鉻。(3)鍍硬鉻的優點:①工件大小不受限制;②鍍層厚度較厚,可以適當彌補因加工超差的工件尺寸;③成本較低。4、滲氮的簡介(1)氮化:將待處理的工件放在滲氮爐中,爐內加溫500~700℃,充入的含氮氣體在高溫狀態下分解后產生活性氮原子,被剛才表面吸收滲入其中并且不斷自表面向內擴散,形成氮化層,表面硬度可達900~1100HV。(2)氮化的優點:①工件大小不受限制;②氮元素與工件基材結果,故結果牢固;③成本較低。
現代切削刀具的主要挑戰
● 高性能材料的應用漸增,加工難度也更高。材料有更高的硬度、抗拉強度、粘性、低熱傳導性、硬化層等,典型的難加工材料有沉淀硬化型不銹鋼、鈦合金、高溫合金等。
● 高效、環保成為切削加工的主要訴求。高速切削、干式切削等方式正在廣泛應用。
● 精度要求更高,刀具系統長久的穩定性更重要。
霖晨涂層在刀具上的優勢
● 針對現代刀具的挑戰,霖晨開發出獨特的DLC四層刀具涂層系統。依次為最靠近基材的應力吸收S膜,第二層高硬度的耐磨h膜,第三層抗高溫的R膜,與最上面的底摩擦系數的L膜。
● PVD涂層具有超高的硬度,但大部分廠商的涂層都因為太硬而一開始切削就在刃口崩落了。納米涂層的研發工程師在厚的高硬度h膜下設計了一層應力吸收S膜,大幅增加了硬膜的穩定性,讓刀具壽命提升2到5倍,是涂層產業的創舉。刃口硬涂層沒有微崩,切削出來的產品表面更光亮,符合高精度切削要求。
● 針對高速與干式切削帶來的大量溫度問題,納米涂層在高硬度h膜上設計了一層抗高溫的R膜,讓切削熱盡量排斥在刀具外面,大部分熱量被切屑帶走。
● 最表面還需要針對被加工的材料設計一個低摩擦系數的L膜,不同粘性被加工材如不銹鋼、鈦合金、高溫合金等需要設計不同的L膜。
氮化鈦涂層是自PVD技術發明以來,最常見的一種涂層,具有較高的性價比,也是在過去的年份中運用最廣泛的一種PVD涂層,它具有較高的薄膜硬度。用磁控濺射方法沉積的氮化鈦沉積速度慢,表面顆粒小所以表面光滑,而且液滴等表面缺限少,但是表面硬度較低。用磁控陰極弧的方法沉積的氮化鈦,沉積速度快,但表面顆粒大,所以表面光潔度較差,液滴等表面缺陷也較多,但是可以獲得較高的表面硬度。
客戶需要根據產品特性和要求來決定采用何種方法獲得氮化鈦(TIN)涂層。勝倍爾超強鍍膜的鍍膜機自身帶有增強型磁控濺射和磁控陰極弧兩種方法,可以靈活根據工件來選擇不同的方法獲得氮化鈦(TiN)涂層。
氮化鉻是什么
中文名稱氮化鉻
CAS NO.12053-27-9
英文名稱 chromium nitride
英文別名 Chromium nitride (Cr2N); Chromium nitride; Dichromium nitride; chromic nitrogen(-3) anion[1]
EINECS 246-016-3
PVD的全寫為Physical Vapor Deposition,中文翻譯為物理氣相沉積。
采用陰極電弧等離子體沉積技術。陰極電弧等離子體沉積是相對較新的薄膜沉積技術,它在許多方面類似于離子鍍技術。其優點:在發射的粒子流中離化率高,而且這些離化的離子具有較高的動能(40-100eV)。許多離子束沉積的優點,如提粘著力,增加態密度、對化合物膜形成具有高反應率等優點在陰極電弧等離子體沉積中均有所體現。而陰極電弧等離子體沉積又具有自己一些獨特優點,如可在較多復雜形狀基片上進行沉積,沉積率高,涂層均勻性好,基片溫度低,易于制備理想化學配比的化合物或合金。
通過蒸發過程將陰極材料蒸發是源于高電流密度,所得到的蒸發物由電子、離子、中心氣相原子和微粒組成。在陰極電弧點,材料幾乎百分百被離化,這里離子在幾乎垂直于陰極表面的方向發射出去,當帶有高能量的鉻離子碰到氮氣后便會馬上產生化學反應,變成氣態的氮化鉻分子了。
氮化鈦百科介紹
由于氮化鈦具有高熔點、高硬度、高溫化學穩定性及優良的導熱性能、導電性能、光學性能、生物相容性,適用于耐高溫、耐磨損、低輻射玻璃涂層及醫學領域。手飾工業上用氮化鈦作金色涂料,主要用于涂表殼。
【中文名稱】氮化鈦
【英文名稱】titanium nitride
【密度】5.43
【熔點(℃)】2950
【性狀】有二氮化二鈦(Ti2N2)和四氮化三鈦(Ti3N4)兩種。二氮化二鈦為黃色固體。溶于煮沸的王水。遇到熱的氫氧化鈉溶液則有氨放出。四氮化三鈦的性質與二氮化二鈦相似。
【制備或來源】可由鈦和氮在1200℃直接反應制得。涂層可由四氯化鈦、氮氣、氫氣混合氣體通過氣相沉積法形成。二氮化二鈦由金屬鈦在900~1000℃的氮或氨中加熱而得。四氮三鈦由四氯化鈦在1000℃的氨中加熱而得。
氮碳化鈦最專業的介紹
TiCN 具有比 TiN 更低的摩擦系數和更高的硬度 , 鍍了氮碳化鈦的工具更加適合于切割如不銹鋼 , 鈦合金和鎳合金等堅硬材料,更具耐磨性和高溫穩定性,可顯著提高刀具的壽命。 性質:深灰色粉末。具有較低的內應力,較高的韌性,良好的潤滑性,以及高硬度、耐磨損等特性,適用于要求較低的摩擦系數及較高硬度的場合。
PVD是英文Physical Vapor Deposition(物理氣相沉積)的縮寫,是指在真空條件下,采用低電壓、大電流的電弧放電技術,利用氣體放電使靶材蒸發并使被蒸發物質與氣體都發生電離,利用電場的加速作用,使被蒸發物質及其反應產物沉積在工件上。PVD納米涂層通常稱謂:鍍鈦,真空鍍鈦,鍍鉻,鍍鈦加工,PVD鍍鈦,納米鍍鈦,納米涂層,真空鍍鈦加工,真空涂層,表面處理等。
真空鍍鈦涂層特點:增壽、增硬、增值,并以其硬高度、高耐磨、強抗腐蝕性、抗高溫、抗黏著性等優越的使用性能廣泛應用于模具工業中。
多元復合涂層種類:氮化鈦(TiN)氮化鉻(CrN)氮化鎢(Wu-N)碳化鎢(Wu-C)氮化鋯(ZrN)碳氮化鈦(TIcN)碳氮化鉻(CrCN)氮化鈦鋁(TiAlN)氮化鋁鈦(AlTiN)氮化鈦鉻(TiCrN)氮化鈦硅(TiSiN)氮化鋯硅(ZrSiN)氮化鉻鋁(CrAlN)氮化鉻硅(CrSiN)氮化鈦鋁鉻(TiAlCrN)氮化鈦鋁硅(TiAlSiN)氮化鈦鋁鉻硅(TiAlCrSiN)類金剛石(DLC)炭化鉻鎢(CrN-Wc)等各種超硬膜層,其涂層厚度可達到0.5~5um,故而您不用擔心會給尺寸帶來麻煩,并以最新工藝使產品具有良好的潤滑、散熱(干式),使工件壽命可增加10~50倍,可提高600%工作效力,從而降低生產成本。
主要客戶群及相關鍍膜產品: 1.切削工具業:如鉆頭,銑刀,螺齒刀,拉刀,圓鋸片,舍棄式刀片等工具。
2.精密模具業:拉伸模,五金模,塑料模,模具配件,成型模具,頂針,沖棒,鑲件等。
3.粉末冶金業:精密模具,各種模具工件/耐磨部件等。
4.電子醫療設備:SMT機器零件,人工關節,手術刀,內孔鏡等。
5.汽車工業:活塞,活塞環,汽門挺桿,凹輪軸等。
可涂層材料:
各類模具鋼材、工具鋼、高速鋼、不銹鋼;硬質合金(鎢鋼);鈦合金、鎳合金;鈹銅。
涂層部位:
待涂層的工件需要有可以裝夾的部位,不太可能實現全部涂覆。如果有特殊部位不能涂層,需要提前告知,建議您在工件上明確標識出以下部位:必須涂層的功能部位;不能涂層的部位;可涂可不涂的部位。
涂層工件表面要求:
工件表面不能有其他的表面改性處理,如:電鍍、磷化、氧化發黑、TD、QPQ處理等;工件表面不能有銹蝕、腐蝕、油漆、膠水等;工件表面粗糙度要求:一般的刀具在滿足使用需求的前提下越光亮越好,成型面Ra<0.2μm為宜,對于鏡面、蝕紋的塑膠模具則完全以產品需求為準;組合模具或鑲嵌工具,能夠拆開的必須全部拆開;焊接工件表面需要徹底清潔,不能有氧化層或埋孔。
包裝與運輸:
所有的工件在發送給我司涂層前需要對工件噴涂輕質防銹油進行防銹處理,以免工件在寄送的過程中生銹;工件必須用泡棉包好,避免在寄送過程中損壞。
客戶需提供如下資料:
工件材料及牌號;回火溫度及硬度;標識(或說明)涂層的功能面(即涂層的重點面);尺寸精度有要求的需要說明具體的尺寸精度和預留尺寸;使用場合、被加工材料、加工參數等主要參數,以便于我司選用最合適的涂層。