pvd涂層的作用
來源:長辰實業(yè) 日期:2023-06-15
模具、刀具涂層的作用:
1.加耐磨性;
2.提高抗氧化性能;
3.減小摩擦;
4.提高抗金屬疲勞性能;
5.增加抗熱沖擊性。
當按照設(shè)計要求正確使用恰當?shù)牡毒咄繉訒r,最終用戶就能達到提高切削參數(shù)、延長刀具壽命的目的,并有可能實現(xiàn)干式切削加工。
涂層方法
有兩種主要的刀具涂層方法:CVD(化學氣相沉積)法和PVD(物理氣相沉積)法。每種方法都有自身的優(yōu)勢和劣勢。
CVD涂層是最早出現(xiàn)、也是最常見的涂層方法,已經(jīng)沿用多年。CVD法是在一個化學反應容器內(nèi)加熱基體,并將基體暴露于氣流之中。這些氣體在被加熱的基體表面分解,形成一層涂層。一般而言,CVD涂層需要的溫度約為1,000℃左右。
一種常見的CVD涂層是采用三種氣體——四氯化鈦(TiCl4)、氫氣(H2)和氮氣(N2)——來產(chǎn)生氮化鈦(TiN)+氯化氫(HCl)。HCl是該工藝的二次產(chǎn)物,必須按照嚴格的環(huán)保法規(guī)進行處理。
CVD法的優(yōu)勢包括極佳的涂層粘附性,以及涂層分布的均勻性。CVD法的缺點是:涂層時的高溫會對基體產(chǎn)生不利影響,適用的涂層材料不多(因為涂層材料是以氣態(tài)形式提供的),以及工藝循環(huán)時間長。
PVD涂層是一種相對較新的刀具涂層方法,在刀具行業(yè)正變得日益流行。PVD法是在真空環(huán)境中,將涂層材料從材料源(靶材)經(jīng)過傳送空間轉(zhuǎn)移到基體上。該方法采用加熱或電源供能的方式,將涂層材料氣化,然后使氣化的材料附著在基體上。
PVD法的優(yōu)勢是適用的涂層材料范圍較廣,工藝溫度相對較低(450℃左右),允許對鋒利的切削刃進行涂層。該方法的缺點是:內(nèi)表面涂層比較困難(涂層時,要求從涂層材料到基體必須處在一條直線上),對基體表面要求較高。
主要的涂層工藝
PVD法有兩種主要的工藝,可用于在不同的基體上進行涂層:一種是電弧法(電弧放電);另一種是濺射法(陰極濺射)。這兩種方法都有一個額外的優(yōu)點:涂層爐比較容易建造。
電弧法是通過電源的放電(很像是一道閃電)擊中涂層材料,并將這種材料由固體轉(zhuǎn)換為液體,再轉(zhuǎn)換為氣體狀態(tài)。該工藝的優(yōu)點是沉積率高(相對于濺射法而言)。但是,由于涂層材料處于三種形態(tài)(固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)),因此有可能會產(chǎn)生一些液滴(微小的液體顆粒)。這些液滴不會轉(zhuǎn)換為氣態(tài)。
濺射法是采用一個加熱源,將固體涂層材料直接轉(zhuǎn)換為氣體狀態(tài)。由于涂層材料跳過了液化階段,因此不會產(chǎn)生液滴。但是,由于該工藝沉積率較低(相對于電弧法),因此生產(chǎn)周期較長。
硬質(zhì)材料涂層
大部分硬質(zhì)材料(涂層也是一種硬質(zhì)材料)都是由一種金屬和一種非金屬構(gòu)成。例如,一些常見的硬質(zhì)涂層包括氮化鈦(TiN)、氮碳化鈦(TiCN)、氮鋁鈦(TiAlN)、氮鈦鋁(AlTiN)和氮鉻鋁(AlCrN)。元素周期表顯示了有可能成為候選涂層材料的金屬和非金屬元素。
在涂層過程中,體積較小的非金屬元素——涂覆TiN時為氮(N)——嵌入到金屬鈦(Ti)的晶格空缺中。當沉積TiCN時,則由碳(C)部分取代了一些氮(N)。按照同樣的原理,也可以確定沉積其他涂層所需要的金屬和非金屬元素。
這是PVD工藝的優(yōu)勢之一。由于金屬材料在PVD涂層爐中為固態(tài)(而CVD工藝則需要引入氣態(tài)金屬),因此,幾乎任何金屬都可以用于PVD涂層。當然,并不是所有金屬都對改善刀具性能有益,但它們都能用于涂層。
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