硬质涂层概况（课堂PPT）.ppt

DLC切割刀片 硬碳层 金刚石涂层 优点 具有很高的硬度,耐磨性能,摩擦系数低 缺点 采用CVD沉积技术,沉积温度高,基底材料范围窄 涂层应力大,膜基结合能力差 适用于加工有色金属,木材等不含铁成分的材料 成本高,H2消耗量大 新型涂层的研究趋势 涂层不仅向成分多元化发展，也向组织结构纳米复合化发展 硬质涂层发展概况 江苏大学 邵红红 一、硬质涂层沉积技术 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(耐磨损） 电极轴（铜）隔离部等离子陶瓷热喷涂（耐磨损） 拉线机械用引导滚筒等离子陶瓷热喷涂（耐磨损） 热喷涂存在的问题： 涂层厚,均匀性相对其他沉积方法差,难以应用于精密部件 喷涂材料受限制,必须在熔融条件下不发生分解、蒸发、升华、离解 沉积表面需要机械或化学粗化，基体不能太薄 电化学沉积（电镀）与化学镀 需要基体导电 受电力线变化影响，均匀性和致密度差 仿形性差 可沉积材料相对较少 成本相对低 沉积速度相对较快 不需要基体导电 镀层均匀,致密,抗腐蚀性更好 仿形性好,可对复杂部件施镀 除Pb、Cd、Sn、Bi，大多数金属可沉积 成本相对更高 沉积速度相对较慢 电镀 化学镀 电镀 化学镀 精密冲压加工品的电镀 Ni 化学镀 Ni-P 沉积的硬质材料有限(Cr,Ni,Ni-P…) 沉积的硬质材料硬度一般偏小(<1500Hv) 复合沉积的复合均匀性较差,不能应用于精密部件 电镀与化学镀的局限性： 化学气相沉积（CVD）特点 最先使用的气相沉积技术 优点 沉积温度高,结合力比物理气相沉积强 缺点 沉积温度过高限制基底的适用范围 沉积温度600℃-1200℃ 基底适用范围(硬质合金\陶瓷部件) 热变形大，应用于非精密部件 反应气体会污染环境 PVD与CVD的区别导致不同领域的应用 沉积温度低,应用范围广 热变形小,可应用于精密部件(刀具、模具) 没有废气排放，绿色环保 物理气相沉积（PVD）优点： 物理气相沉积（PVD）类型 真空蒸镀（Evaporation Deposition） 离子镀(Ion Plating) 溅射沉积(Sputtering) 直流溅射 溅射电源为直流电源，只适用金属和半导体材料溅射 射频溅射 溅射电源为射频电源，可溅射导体、半导体和绝缘体材料 磁控溅射 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 溅射沉积特点 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 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，易控制成分 任何材料（导电体、绝缘体、有机、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沉积技术！磁控溅射仪可以称为万能镀膜机。 金属基合金涂层 铁基 铬基 镍层 钼层 钴基和镍基合金涂层 其他合金涂层 陶瓷涂层 氧化涂层 氧化铝／氧化钽／氧化铬 碳化物涂层 碳化钛/碳化钨/碳化铬 碳化铪/碳化锆／碳化硅 氮化物涂层 氮化钛 氮化铪/氮化锆／氮化硅 立方氮化硼(CBN)／多元氮化物 硼化物 硅化物 硬质碳层 非晶碳层/金刚石涂层 硬质涂层的分类 金属基合金涂层硬度值(<1500Hv)不是很高,不能完全满足硬质涂层应用的需要! 陶瓷涂层的应用成为研究热点 陶瓷涂层的应用Al2O3涂层 高硬度（750－2100Hv） 高熔点 化学性质稳定 热不良导体，阻止摩擦热向基体扩散 抗腐蚀，抗磨损的理想材料 主要沉积技术：CVD 主要应用 刀具等 碳化物涂层 碳化钛Ti-C （1000Hv－2800Hv） 应用最广的碳化物涂层 碳化钨 W-C（800－2100Hv） 在高温条件下能保持良好的硬度 碳化铬Cr-C 具有碳化钛、碳化钨更强的抗氧化性。 碳化硅SiC 高硬度，高温抗氧化性，抗腐蚀性 与氧化物相比具有更高的硬度 脆性增加 涂层的沉积技术与沉积条件严重影响涂层性能 氮化物涂层 氮化钛TiN 研究应用最多的氮化物涂层 氮化铪HfN 相对氮化钛和碳化钛，提高温度能保持较高硬度 立方氮化硼 c-BN（4000Hv） 曾是金刚石之后发现最硬的材料之一 需高温沉积，成本高 与碳化物相比，氮化物具有良好的韧性 涂层沉积技术与沉积条件严重影响涂层性能 TiN模具 氮化钛涂层应用 性能 金黄色 硬度 2200Hv 摩擦系数0.4-0.6 磨损率 10-17 m3/Nm 涂层成分正向多样化趋势发展 多元氮化物 TiAlN TiZrN TiHfN TiAlVN TiAlZrN 二元、三元氮化物可明显提高一元氮化物（如氮化钛）的性能 TiAlN涂层 性能 硬度2200 Hv－2700Hv 摩擦系数 0.4 - 0.9 最高使用温度 800℃(>TiN500℃) 沉积温度300