涂层刀具发展与应用-课件.ppt

1、工艺PVD法CVD法真空蒸镀阴极溅射离子镀PCVD一般CVD金属涂层可以可以可以可以可以合金涂层可以但困难可以可以但困难可以可以高熔点化合物涂层可以但困难可以可以但困难可以可以沉积粒子撞击能量（eV）0.430100010000.1沉积速率/m.h-10.1750.0120.1500.1200.5200涂层密度较低高高高高涂层孔隙度中小小小较小基体和涂层结合方式没有扩散没有扩散有扩散有扩散扩散冶金相结合强度一般较好好好很好涂层均匀性不太均匀均匀均匀均匀均匀涂层饶度性不好不好稍好好很好工作压力/Pa10-210-2110-3110-2100105000或常压基体温度/60060060015080

2、01502000应用分类涂层材料基体材料应用范围高硬度、耐磨损TiN、ZrN、ZfN、TaN、NbN、CrN、NBN、Si3N4、TiC、ZrC、Cr7C3、SiC、Ti(C、N)、Ti(B、N)Ti(Al、N)、-C3N4、金刚石等高速钢、模具钢、硬质合金、金属陶瓷等机械加工工具、模具、机械零件耐高温、抗氧化Al、W、Ti、Ta、Mo、Al2O3、Si3N4、Ni-Cr、BN等不锈钢、耐蚀合金钢、Mo合金等汽轮机叶片、排气管、喷嘴、航空航天器件、原子能工业耐热构件耐腐蚀TiN、TiC、Al2O3、Al、Cd、Ti、Cr、Cr7C3、Ni-Cr、Fe-Ni-Cr-P-B非晶等钢、不锈钢、有色金

3、属等飞机、轮航、汽车、化工管道等构件、紧固件表面防护美化装饰TiN、TiC、TaN、TaN、ZrN、Cr7C3、Al2O3、Al、Ag、Ti、Au、Cu、Ni、Cr、Ni-Cr等钢、黄铜、铝、不锈钢、塑料、陶瓷、玻璃等首饰、表壳表带、灯具、眼镜、五金零件、汽车配件、电器零件等电子器件导体膜Re、Ta2N、Ta-Al、Ta-Si、Ni-CrAl、Au、Mo、W、MoSi2、WSi2、TaSi2、TiSi2、Ag-Al-Ge、Al-Al-Al2O3-Au等Si片、陶瓷、塑料、玻璃、合金等薄膜电阻及引线、电子发射器件、隧道器件等介质膜SiO2、Si3N4、Al2O3、BaTiO3、PbTiO3、Zn

4、O、AlN、LiNbO3等表面钝化、层间绝缘、电容、电热线等半导体膜Si、-Si、Au-ZnS、GaAs、CdSe、CdS、PbS、InSb、Ge、Pb-Sn-Te等光电器件、薄膜三极管、发光管、磁电器件等超导膜Pb-B/Pb-Au、Nb3Ge、V3Si、Pb-In-Au、PbO/In2O3超导器件磁性材料及磁性记录介质-Fe2O3、Co-Ni、Co-Cr、MnBi、GdCo、GdFe、TbFe、Ni-Fe、Co-Zr-Nb非晶膜合金、塑料等磁记录、磁头材料、磁阻器件、光盘磁盘等显示器件膜ZnS、Y2O3、Ag、Cu、Al、SiO2、Al2O3、Si3N4等玻璃等荧光显象管、等离子显示、液晶显

5、示光导及光通讯Si3N4、Al、Ag、Au、Cu、TO、ZnO、SnO2、GdFe、TbFe、InAs、InSb、PbS金刚石等塑料、玻璃、陶瓷等保护、反射、光开关、光变频、光记忆等太阳能Au-ZnS、Ag-ZnS、CdS-Cu2S、SnO2等光电池、透明导电膜等润滑Au、Ag、Pb、Cu-Ad、Pb-Sn、MoS2、MoSe2、MoTe2、WS2、MbS、MoS2-BN、M2S-石墨、Ag-MoS2等高温合金、结构合金、轴承钢等超高真空、高温、超低温、无油润滑条件下工作、喷气发动机轴承、人造卫星轴承、航天航空高温旋转器件包装Cr、Al、Ag、Ni、TiN等纸、塑料、金属等包装材料表面金属化族

6、元素碳化物氮化物氧化物硼化物硅化物磷化物IIIaaaBB4CBNB2O3B4SiBPAlAlNAl2O3AlPGaGaNGa2OGaPIVaCaSiSiCSi3N4SiO2bTiTiCTiNTiO2TiB2TiSi2TiPbZrZrCZrNZrO2ZrB2ZrSi2ZrPaSnSnO2bHfHfCHfNHfO2HfB2VbVVCVNbNbNbCNbNNb2O3NbB2NbSi2NbPbTaTaCTaNTa2O3TaB2TaSi2VIbCrbMoMo2CMoB2MoSi2bWWCWB2WSi2VIIbFeFe3CFe2NFe2O3Fe2BFe2Si金 属 键 型共 价 键 型离 子 键 型过渡族

7、金属的碳化物、氮化物、硼化物等。如：TiC、VC、WC、TiN、TiB2。Al、Si、B的碳化物、氮化物、硼化物及金刚石等。如B4C、SiC、BN、C(金刚石)。Al、Zr、Ti、Be的氧化物等。如：Al2O3、ZrO2、BeO。名称 密度（g/cm3）熔 点（）硬 度(HV或HK）弹性模量E(103kg/mm2)起始氧化温度（）导热率W/(m.)热膨胀系数（10-6/）金属健型硬质材料TiB24.503225300057 1300-1500 25.9587.8TiC4.3930672800-320032-47110016.66-25.008.0-8.6TiN5.402950210030-62

8、 110020.83-29.169.4ZrC6.633445256041 7.0-7.4ZrN7.322982160052 7.2VC5.412648290044 7.3VN6.1121771560479.2NbC7.7836131800597.2NbN8.48220414004910.1TaC14.4839851550577.1Cr3C26.68181021504111.7CrN6.121050110041WC15.7227762000-235073500-800 29.163.8-3.9共价键型硬质材料B4C2.5224503000-4000454.5（5.6）CBN3.482970-32

9、2750006713603.14.8金刚石3.5238008000-10000936004.871.2-4.5SiC3.2227602600495.3Si3N43.19190017202913000.04-0.062.5AlN3.2622501230365.7离子健型硬质材料Al2O33.9820472300-270040稳定0.078.4TiO24.2518671100219.0ZrO25.762677120019稳定0.004511（7.6）HfO210.229007806.5BeO3.0325501500399.0化合物类别涂层材料沉积反应系统卤化物气化温度（）沉积温度（）碳化物B4CB

10、Cl3-CH4-H2BCl3 -30-01200-1300Cr7C3CrCl3-CxHy-H2CrCl3 100-130900-1200TiCTiCl4-CH4-H2TiCl4 20-801000-1100SiCSiCl4-CH4-H2SiCl4 -22-01025-2000ZrCZrCl4-C6H6-H2ZrCl4 300-3801200-1300WCWCl6-C6H5CH3-H2WCl6 320-3601000-1500氮化物BNBCl3-N2-H2BCl3 -30-01100-1500TiNTiCl4-N2-H2TiCl4 20-80900-1100ZrNZrCl4-N2-H2ZrCl4

11、 300-3501200-1500HfNHfCl4-N2-H2HfCl4 280-3501100-1300VNVCl4-N2-H2VCl4 50-1001100-1300Si3N4SiCl4-N2-H2SiCl4 -40-201000-1600氧化物Al2O3AlCl3-CO2-H2AlCl3 180-2501050-1200SiO2SiCl4-CO-H2SiCl4 -40-20800-1100ZrO2ZrCl4-CO-H2ZrCl4 300-350800-1100硼化物AlBAlCl3-BCl3-H2AlCl3 180-2501000-1300BCl3 -30-0TiB2TiCl4-BCl3

12、-H2TiCl4 20-80900-1200BCl3 -30-0硅化物TiSiTiCl4-SiCl4-H2TiCl4 20-80800-1200SiCl4 -40-20ZrSiZrCl4-SiCl4-H2ZrCl4 300-350800-1000SiCl4 -40-20VSiVCl4-SiCl4-H2VCl4 50-100900-1100SiCl4 -40-20a.950 b.1020 c.1100 物理性能数值分 子 量41.05密度/gcm-30.7828熔 点/-44.9沸 点/81.6在水中溶解度在有机溶剂中溶解度乙醇和乙醚24时蒸气压11.53KPa分 类名 称气体放电方式工件偏压（

13、V）工作气压（Pa）金属离化率 （%）真 空蒸发镀 电阻蒸发镀 电子枪蒸发电镀 0 010-310-410-310-400离子镀 活性反应离子镀 空心阴极离子镀 热丝阴极离子镀 阴极电弧离子镀 辉 光 放 电 热 弧 光 放 电 热 弧 光 放 电 冷场致弧光放电 103 50 100100 120 50 20010-110-210-110-210-110-210-110-2 5-1520 4020 4060 90磁 控溅射镀 平衡靶磁控溅射 非平衡靶磁控溅射柱靶三极磁控溅射 射 频 溅 射 辉 光 放 电 辉光放电+脉冲辉光放电+热电子 射 频 放 电100 200100 200100 20

14、0010-110-210-110-210-110-210-110-2 5 10 15 30 10 20 10 15 帕（Pa）托（Toor）微 巴（bar)物理大气压（atm）1帕 1 7.50010-3 10 9.86910-6 1托 1.333102 1 1.333103 1.31510-3 1微巴 10-1 7.50010-4 1 9.86910-71物理大气压1.013105760.001.0131061工具名称 涂层技术及材料使用条件效果涂层高速钢滚刀 PVD/TiN刀具：df115A级加工材料：45钢HB=180-210切削条件：刀具131r/min、v=47m/min f=0.5

15、6mm/r、D=4.62mm寿命比未涂层滚刀提高3倍涂层硬质合金刀片 PVD/TiALN刀 具：CNMP120408加工材料：NiCr19NbMo耐热合金切削条件：v=100m/min、f=0.2mm/r、ap=0.3mm,湿切削寿命比未涂层硬质合金刀片提高3-5倍三角花键 滚齿刀 PVD/TiN-C3N4加工处理：38CrSi切 削 条 件：v=80r/min(16M)f=0.9mm/min ap=1.3mm比未涂层滚刀提高4倍涂层剃须刀片 PVD/Ti-DLC剃须刀、电剪刀、金属假肢涂层高速钢钻头 PCVD/TiN钻 头：6加工材料：GCr15、HB=260-280切削条件：v=23m/m

16、in、f=0.13mm/r、ap=15mm寿命比未涂层钻头提高6.8倍涂层硬质合金石油管螺纹梳刀 CVD/TiN-TiC-TiCN-TiN刀 具：P8N3-2加工材料：N80高强度合金钢、HB=250切削条件：v=150-200m/min分三次 走刀加工成形涂层梳刀可加工钢管接头150-200件，未涂层刀片不能加工涂层硬质合金不重磨刀片 CVD/MT-TiCN-AL2O3-TiN刀 具：CNMG120408加工材料：SNCM439合金钢、HB=270切削条件：v=300m/min、f=0.3mm/r、ap=1.5mm干切削寿命比HT-CVD涂层刀片提高1倍，比未涂层硬质合金刀片提高5-6倍涂层

17、硬质合金不重磨刀片 CVD/TiC-TiBN-TiN刀 具：TNMG160408加工材料：45钢、HB=179-201切削条件：v=250m/min、f=0.27mm/r、ap=2mm,干切削寿命比一般涂层刀片提高了近1倍，比未涂层硬质合金刀片提高4-5倍金刚石涂层整体硬质合金立铣刀CVD/金刚石涂层刀 具：整体硬质合金立铣刀加工材料：G-ALSi11切削条件：v=350m/min、ft=0.12mm、ap=3mm寿命比未涂层整体硬质合金立铣刀提高5-10倍涂层金刚石铣刀片（质合金基体）PVD/多层金刚 石涂层刀具：铣刀片加工材料：G-ALSi17Cu4Mg合金切削条件：v=1500m/min

18、、ft=0.125mm、ap=2.5mm寿命比一般金刚石涂层铣刀片提高30%，比PCD铣刀片提高2倍模具名称涂层技术及材料使用条件效果涂层模具钢冷冲模PVD/TiN冲制电子元件寿命比未涂层模具提高3-5倍涂层高速钢冷挤压模具PCVD/TiN冷挤压ML10、15钢寿命比未涂层模具提高3-5倍涂层硬质合金冷冲模（火花塞）CVD/TiC-TiCN-TiC-TiCN-TiN汽车火花塞、镍包铜挤压凹模寿命比未涂层模具提高8-10倍涂层模具钢轴承环整形模具CVD（再热处理）/TiC-TiCN-TiC-TiCN-TiC-TiCN-TiN用于精整GCr15轴承内环和外环涂层模具可加工50000-100000件，未涂层模具不能用涂层高速钢延伸模具PCVD/TiC-TiN加工材料：铜合金 弹壳寿命比未涂层模具提高3倍涂层硬质合金拉丝模CVD/TiC-AL2O3-TiN拉制钢材：4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo寿命比未涂层模具提高3-4倍