等离子喷涂

等离子喷涂是一种材料表面强化和表面改性的技术,可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。 等离子涂技术是采用由直流电驱动的等离子电弧作为热源,将陶瓷、合金、金属等材料加热到熔融或半熔融状态,并以高速喷向经过预处理的工件表面而形成附着牢固的表面层的方法。 等离子喷涂亦有用于医疗用途,在人造骨骼表面喷涂一层数十微米的涂层,作为强化人造骨骼及加强其亲和力的方法。

等离子喷涂:包括大气等离子喷涂,保护气氛等离子喷涂,真空等离子喷涂和水稳等离子喷涂。等离子喷涂技术是继火焰喷涂之后大力发展起来的一种新型多用途的精密喷涂方法,它具有:
(1)超高温特性,便于进行高熔点材料的喷涂。
(2)喷射离子的速度高,涂层致密,粘结强度高。
(3)由于使用惰性气体作为工作气体,所以喷涂材料不易氧化。

等离子喷涂亦有用于医疗用途,在人造骨骼表面喷涂一层数十微米的涂层,作为强化人造骨骼及加强其亲和力的方法。

 

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工业涂料模具

像硬质合金这样的工业涂料模具最好用于需要削减复合材料、玻璃纤维、橡胶和塑料的刀具涂料上。其他的适用于使用碎碳化钨的是砂轮、夹具轮或套管。这些工业涂料结合了钻石的天然耐久性的与硬质合金砂砾的清晰度,使其具有一个比钻石表面更持久的效果和较低的费用。

砂轮涂料:定制砂轮,可用于分析和成型的玻璃纤维,只是其中的应用程序使用的工业涂料,如硬质合金。其他用途是玻璃纤维的板的滚筒磨床刨削或传送带的摩擦带,安装在辊子上以防止滑落。

 

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硬质合金涂层工艺

硬质合金涂层最常用的方法是高温化学气相沉积法(简称HTCVD法),是在常压或负压的沉积系统中,将纯净的H2、CH4、N2、TiCl4、AlCl3、CO2等气体或蒸气,按沉积物的成分,将其中的有关气体,按一定配比均匀混合,依次涂到一定温度(一般为1000℃~1050℃)的硬质合金刀片表面,即在刀片表面沉积TiC、TiN、Ti(C,N)或Al2O3或它们的复合涂层。反应方程式概括如下:TiCl4+CH4+H2TiC+4HCl+H2 TiCl4+½N2+2H2TiN+4HClTiCl4+CH4+½N2+H2→Ti(CN)+4HCl+H22A1Cl3+3CO2+3H2→Al2O3+3CO+6HCl用PCVD(等离子体化学气相沉积)法在硬质合金刀片表面进行涂层也得到应用,因涂层工艺温度较低(700°~800°),故刀片的抗弯强度降低的幅度较小,对铣刀片比较适宜。

涂层前,基体刀片表面须净化,切削刃部位应钝化。涂层后,因涂层材料与基休材料的线膨胀系数存在差异,故涂层刀片表面不可避免地产生残余张应力而使刀片抗弯强度降低。通常用TiC薄层先涂在基体表面上,因TiC的线膨胀系数与基体材料最接近;外面再涂TiN、Al2O3等。过去,单涂层材料均用TiC,双层涂层材料多用TiC/TiN、TiC/Al2O3等,三层涂层材料多用TiC/Ti(C,N)/TiN、Tic/Al2O3/TiN等。近年,随着基体材料的改进,涂层材料也有用TiN垫底的,即TiN/TiC/TiN等涂层材料还有HfN、MoS2等。

 

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涂层刀具的优越性

刀具涂层技术迅速发展,涂层刀具得到了广泛应用。1969年德国克虏伯(Krupp)公司和瑞典山特维克(Sandvik)公司研发成功了化学气相沉积(CVD)涂层技术,并向市场推出了CVDTiC涂层硬质合金刀片产品。

20世纪70年代初,美国本夏(R.Runshan)和拉格胡南(A.Raghuran)研发了物理气相沉积(PVD)工艺,并于1981年将PVDTiN高速钢刀具产品推向市场。当时CVD涂层工艺温度约1000℃,主要用于硬质合金刀具(刀片)的表面涂层;PVD涂层工艺温度为500℃和500℃以下,主要用于高速钢刀具的表面涂层。后来,CVD和PVD涂层技术不断迅速发展,在涂层材料、涂层设备和工艺等方面都有了很大进步,而且发展了多层材料的涂覆技术,使涂层刀具(刀片)的使用性能有了很大的提高。PVD涂层技术过去主要用于高速钢刀具,而近年来随着PVD涂层技术飞跃发展,也成功用于硬质合金刀具(刀片),占领了硬质合金涂层刀具(刀片)的一半阵地。现在,涂层高速钢刀具和涂层硬质合金刀具(刀片)广泛应用,已占全部刀具使用总量的50%以上。

涂层刀具的优越性

在韧性较好的刀具(刀片)基体上进行表面涂层,涂覆具有高硬度、高耐磨性、耐高温材料的薄层(如 TiN、TiC等),使刀具(刀片)具有全面、良好的综合性能。未涂层高速钢的硬度仅为62~68HRC(760~960HV),硬质合金的硬度仅为 89~93.5HRA(1300~1850HV);而涂层后的表面硬度可达2000~3000HV以上。   

①由于表面涂层材料具有很 高的硬度和耐磨性,且耐高温。故与未涂层的刀具(刀片)相比,涂层刀具允许采用较高的切削速度,从而提高了切削加工效率;或能在相同的切削速度下,提高刀 具寿命。   
②由于涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小,故涂层刀具(刀片)的切削力小于未涂层刀具(刀片)。   
③ 用涂层刀具(刀片)加工,零件的已加工表面质量较好。   
④由于涂层刀具(刀片)的综合性能良好,故涂层硬质合金刀片有较好的通用性, 一种涂层硬质合金牌号的刀片具有较宽的使用范围。

 

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硬质合金涂层优点

通过化学气相沉积(CVD)等方法,在硬质合金刀片的表面上涂覆耐磨的TiC或TiN、HfN、Al2O3等薄层,形成表面涂层硬质合金。这是现代硬质合金研制技术的重要进展。1969年,西德克虏伯公司和瑞典山特维克公司研制的TiC涂层硬质合金刀片初次投入市场。1970年后,美国、日本和其他国家也都开始生产这种刀片。三十余年来,涂层技术有了很大的进展。涂层硬质合金刀片由第一代、第二代已发展到第三代、第四代产品。

硬质合金涂层的优点: 涂层硬质合金刀片一般均制成可转位的式样。用机夹方法装卡在刀杆或刀体上使用。它具有以下优点:

1)由于表层的涂层材料具有极高的硬度和耐磨性,故与未涂层硬质合金相比,涂层硬质合金允许采用较高的切削速度,从而提高了加工效率;或能在同样的切削速度下大幅度地提高刀具耐用度。

2)由于涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小,故与未涂层刀片相比,涂层刀片的切削力有一定降低。

3)涂层刀片加工时,已加工表面质量较好。

4)由于综合性能好,涂层刀片有较好的通用性。一种涂层牌号的刀片有较宽的适用范围。

 

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