纳米涂层技术

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1、一、纳米材料与纳米涂层简介1、什么是纳米材料？（1）纳米（nanometrer）是一个度量单位，1纳米（nm）等于10-9米。（2）纳米材料（nano material），就是指用直径达到纳米级（1100nm）的微小粒子制成 的各种材料。2、为何纳米材料的性能比普通材料更优？ 当构成物质的颗粒尺寸进入纳米尺度，特别是几个纳米时，因其内部粒子间的结 构形态将发生根本性变化，从而使得一系列的物理性能都更加优化，甚至发生本 质上的变化，比如硬度、韧性、耐热性、防腐性能等等。3、纳米涂层（也称纳米薄膜） 纳米薄膜具有的光，电，热以及机械方面的性能等方面的独特功能。第二章、我们的纳米涂层1、我们的纳米涂

2、层属于金属陶瓷材料，有金属和陶瓷双重特性，如下所述：（1）涂层硬度极高，是刀具，模具钢材硬度的3倍以上，甚至可达4000HV以上（陶瓷 特性）（2）涂层细腻光滑，与钢材之间的摩擦系数小（陶瓷特性）：（3）涂层与金属不易粘黏，可以防止积屑，提高被加工件表面质量（陶瓷特性）：（4）良好的韧性，耐冲击，耐碰撞，可用于冲压模具（金属特性）（5）良好的热稳定性，部分涂层甚至可以承受100OC以上的工作温度（陶瓷特性）（6）涂层晶粒极其微小，结构极为紧密，故有良好的耐酸碱腐蚀性能（7）涂层无毒无害，且环保，可用于医疗器械，人工环节食品加工的刀工具（例如：果 汁刀片机）等（8）可导电，导磁（金属特性）2、应

3、用中表现出的优点主要有：（1）刀具，模具的耐磨性大大增强，使用寿命提高310倍，甚至更高，使得客户成本 大大降低；（2）减少换刀，修模的时间，提高生产效率；（3）产品表面质量提高，且不良率下降；（4）涂层的厚度很薄，仅为3M左右（0.0003mm），故一般不会影响刀具，模具的尺寸精 度。三、涂层特性表镀膜种类性质优点应用领域TiN氮化钛颜色：金色硬度：2300HV摩擦系数：0.23VSNI最高工作温度：580C减小摩擦力可低温涂层避免刀口积屑现象通用性涂层可广泛应用于切削刀 具、五金模具、冲具、 塑胶模具以及零组件TiCN 氮碳化钛颜色：灰色硬度：3300HV摩擦系数：0.21VSNI最高工作

4、温度：450C表面光滑高表面温度避免刀口积屑现象适合重切削常用于高速钢铣刀（尤 其波刃刀）、丝攻、滚 刀加工不锈钢、镀锌板 等粘性材料的拉伸模 具等ALTiN颜色：紫黑色硬度：3400HV高热稳定性常用于硬质合金刀具， 也用于高速钢模具铝氮化钛摩擦系数：0.33VSNI可高速，干式切削适合不锈钢钻，铣，冲最高工作温度：800C加工，以及高温加工四、涂层应用推荐表类别细类工具材料推荐涂层被加工材料优先考虑可选刀具铣刀、丝攻、钻头、锯片、 滚刀、拉刀等高速钢普通钢铁TiNTiCN不锈钢等TiCNTiN铜，镁铝合金 等Cro-GTiCN铤刀、钻头、锯片、舍弃式 刀片、丝攻等硬质合金普通钢铁ALTiN

5、TiN硬度50HRC 的淬火钢Altimax 白金铝钛ALuwaDLC铝钛铸铁TiCNALTiN不锈钢、钛合 金等ALTiNTiCN/TiN铜合金、镁铝 合金等Cro-GALTiN冲压模具精冲、冲棒、小冲裁模、折 弯模高速钢 /SKD11普通钢铁TiNTiCN不锈钢等TiCNTiN铜、镁铝合金 等CrotacTiCN拉伸模、冲压模高速钢 硬质合金普通钢铁/不 锈钢/镀锌钢 板等TiCNTiN锌合金、银AluwaDLC铝钛TiCN中型冲压、拉伸模具（直径 约200左右）SKD11/高速 钢普通钢铁/不 锈钢/镀锌钢 板等Crotac /TiCNTiNRalox大型冲压、拉伸模具（直径 约350以

6、上）SKD11普通钢铁/不 锈钢/镀锌钢 板等RaloxTiCN/TiN塑胶模具/S136、SKD61、NAK80 等如PVC（有腐 蚀性）Cro-GTiNPP、 ABS 等TiNCro-G粉末成型 模具/硬质合金、HSS、 SKD11有酸性的粉末CrotacTiN无酸性的粉末TiNCro-G零组件活塞环、轴承等碳钢/Cro-GMedicaDLC五、对工件的要求1、材质(1) 一般要求是金属材料，如模具钢、高速钢、硬质合金、不锈钢、铜、铝合金等。(2) 需要的工件必须能够承受至少200450C而不能熔化或碳化，故不能是塑胶、橡胶、 纸张、棉麻、木材等材料。(3) 工件要能导电，一般不能是陶瓷、

7、玻璃等。2、钢件热处理回火温度(1) 对钢件热处理回火温度的要求 回火温度必须高于镀膜温度。因为如果工件回火温度低于镀膜温度，就会导致工 件材料硬度下降，下降程度会因具体材料和温度不同而不同，可能会是几度到20 度以上(HRC) 不论回火温度如何，我司在镀膜过程中只能选择比热处理回火温度更低的温度处 理，才能保证工件硬度不下降。 一般的回火温度有：a. 高温：500C以上b. 中温：350C左右c. 低温：200C左右注：实际上，热处理厂可以根据不同的材料、不同的要求设计出不同温度参数 的回火工艺，并不单纯是上述几个数值。(2) 我司镀膜的温度 根据不同的要求，我司的镀膜温度可以作三种选择：a

8、. 高温：450Cb. 中温：320Cc. 低温：180C 不同的镀膜温度镀的薄膜的特性会有些许差异，用TiN (氮化钛)举例说明：a. 颜色：高温镀的就会更金黄、光亮；低温镀的就会相对淡一些。b. 耐磨性：低温镀的相对于高温镀的耐磨性要差一些。(3) 如何选择回火温度 无论何种材料，选择不同的回火温度所得到的硬度值一般是不一样的。 如果在硬度、韧性等基本要求都可以满足的情况下，请尽量选择更高的回火温度， 以便于我们镀膜处理可以选择更高的温度，以达到更佳的效果。 并非任何材料都可以选择高温回火，因为有些材料选择高温回火比低温回火得到 的硬度值相处很多，甚至可能达到20HRC。 不同的材料，其热

9、处理特性也是不同的。应如何选择适合的回火温度，最后咨询 您的热处理供应商(别忘了将您对工件硬度和需要镀膜的要求告诉他)。3、工件外形与镀面(1) 工件最大尺寸： 细长件：长度 1000mm； 圆柱形大模具，圆柱面未涂层重点：最大尺寸W460*1000mm； 板状大模具，板的一面为涂层重点：最大尺寸W1000 (长)*460 (宽)*460 (高) mm。(2) 工件上必须有不需要涂层的部位(如柄部、孔、螺纹、台阶等)以便于涂层中用于 支撑和固定工件。(3) 对于要求涂层的内孔，要求孔径N孔深，否则不能保证内孔深处涂层厚度和质量。(4) 为了保证使用重点面的涂层质量，客户须明确告知“使用重点部位

10、”、“可镀可不镀 的部位”、“一定不能镀的部位”，最好不要为追求美观而要求全镀。4、工件表面状况(1) 工件一定要是已经过精加工，完全成型并且是可用的，涂层是所有制作工序中的最 后一道工序。(2) 工件一定要做好防锈工作，如涂抹防锈油等。(3) 工件表面不能做渗碳、渗氮、氧化、TD、喷漆、电镀等处理。5、工件结构(1) 工件上不能有密闭的中空结构，因为密闭的空气受热后膨胀，其压力会引起爆裂。(2) 工件上如果有细长孔、缝隙(如喷水钻的注水孔)等，孔内或缝隙不能阻塞，否则 残留的油污等会影响镀膜(同理，塑胶模具试模后，残留的胶料要清理干净)。(3) 镶嵌件，如果可用拆分的，就拆开镀，然后再组合使

11、用；如果不开拆分的，要绝对 保证镶嵌内部不能有油污，否则会影响镀膜。(4) 焊接件，要注意两个问题： 焊接材料能否承受450C高温而不熔化，一旦熔化，会造成焊接和突出的异常； 工件的精度是否允许焊接处在承受450C高温的变形量，否则不宜做涂层。6、包装(1) 任何工件在交我司做涂层的运输途中，均需要有包装，且包装必须能保证工件的安 全。(2) 对于锋利刃具，如铣刀、丝攻、铰刀等，建议采用每只产品之间都有区隔的包装方 式。(3) 对于较重的大型件，如果采用快递或货运，一定要有足够强度的包装箱，以保证运 输途中不被损伤。六、PVD涂层与其他表面处理的比较1、CVD 简介(Chemical Vapo

12、r Deposition化学气相沉积)(1)将各种化学反应物质：如四氯化钛(TiCl4)和甲烷(CH4)等含碳气体(或其它碳 氮气体)蒸气等通入反应炉体内，在高温(9001200C)状态下，TiCl4中的钛(Ti) 和碳氢化合物中的碳(C)在模具表面进行化学反应，从而生成一层金属化合物涂 层碳化钛(TiC)。利用不同的反应物，可得到不同的薄膜，叮iN、Ti (CN)、CrC 等等。(2)CVD的优点： 镀膜与基材的附着性优良； 复杂的形状都可以处理：如深孔、内管、细缝等。(3)CVD的优点： 镀膜温度太高，对基材和反应设备的耐热性要求很高，很多工件难以承受； 高温使基材尺寸变化和变形严重，故适

13、于精密度高的工件； 对于要求工件局部镀膜，难以实现； 活泼性气体源的使用，制程中有爆炸、毒性气体泄漏等隐患，且对环境有污染。2、TD简介(Thermal Diffusion Coating Process热扩散法碳化物覆层处理)(1) 在空气炉或盐槽中放入一个耐热的坩埚，将硼砂放入坩埚加热熔化至8001200C, 然后加入相应的碳化物形成粉末(如钛、钡、铌、铬)再将钢或硬质合金工件放入 坩埚中浸渍保温12小时，加入元素将扩散至工件表面并与钢中的碳发生反应形成 碳化物层(如：VC一碳化帆；CrC一碳化铬)，所得到的碳化物层具有很高的硬度 和耐磨性。(2) TD最主要适合于以下铬钢的工件。国际标准

14、中国日本美国瑞典Cr12MoVSKD11、 SLDD2XW41160CrMoV12Cr12Mo1V1SKD11D2XW42100CrMoV5Cr5Mo1VSKD12A2XW10210Cr12Cr12SKD1D3XW5DC53一(3) TD的优点： 覆层与基材的附着性优良; 覆层的厚度较厚。(4) TD的缺点： 处理温度太高，对基材的耐热性要求很高，很多工件难以承受； 高温使基材尺寸变化和形变严重，故不适于精密度高的工件； 对于要求工件局部镀膜，难以实现； 覆层的厚度较厚，精密工件精度会受影响； 覆层后表面状况较差，一般须作后处理(如抛光等)才可使用。3、电镀硬铭(Cr )简介(1) 用铬酎、硫酸和添加剂等配制成电镀液，将工件放入溶液中电镀金属铬沉积在工件 表面形成镀层。(2) 实际上所谓“镀硬铬”其铬层硬度并不比装饰铬层硬度高，只因其镀层较厚，故能 发挥其硬度高、耐磨的特点，故称镀硬铬。(3) 镀硬铬的优点： 工件大小不受限制； 镀层厚度较厚，可以适当弥补因加工超差的工件尺寸；