物理氣相沉積技術(shù)是一種對(duì)材料表面進(jìn)行改性處理的高新技術(shù), 最初和最成功的發(fā)展是在半導(dǎo)體工業(yè)、航天航空等特殊領(lǐng)域。在機(jī)械工業(yè)中作為一種新型的表面強(qiáng)化技術(shù)起始于80 年代 H4B|c42  
初, 而且主要集中在切削工具的表面強(qiáng)化。以改善機(jī)械摩擦副零件性能為目的的研究近10 多年才受到廣泛重視, 是現(xiàn)在重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的新領(lǐng)域。物理氣相沉積技術(shù)作為高新技術(shù)在先進(jìn)制造技術(shù) :2t0//@X  
和技術(shù)進(jìn)步中占有重要的地位, 本文對(duì)其最新發(fā)展的部分概況作一介紹。 gn//]|#H+  
1　應(yīng)用對(duì)象不斷擴(kuò)展 5Ve`j,`=<  
美國(guó)Balzers Too l Coat ing 公司1994 年評(píng)估了用PVD 法制取的薄膜在2000 年前的市場(chǎng)發(fā)展前景[1 ] , 認(rèn)為, 1980 年P(guān)VD 鍍層95% 用于改善切削工具壽命, 在2000 年50%PVD 鍍層將用 ;*%3J$T+  
于提高切削工具性能, 另50% 將用于改善沖壓模、磨損零件部等的壽命。由于大量采用新技術(shù)和新工藝, 使物理氣相沉積技術(shù)近10 年在模具和磨損零部件的應(yīng)用上邁進(jìn)了一大步, 正在改變那 qu\cU(H|  
種PVD 就是刀具上鍍T iN 的傳統(tǒng)概念。 cMs8D  
物理氣相沉積法用于零件防蝕抗磨損鍍層越來(lái)越多, 取得非常好的效果。德國(guó)Do rrenberg Edelstah l 公司開(kāi)發(fā)了一種在壓模上使用電弧蒸發(fā)鍍沉積、具有高附著力的CrN 涂層的PVD ZLDO&}  
法[2 ] , 鍍層性能高于T iN 或T iCN 鍍層, 可用于鋁件的加工模具上。 Mmmg3%G1  
英國(guó)Cambridge 和Tecvac 公司完善了在加工黃銅、T i 和A l的加工模具上的CrN 沉積法[3 ] , 鍍層厚度3～ 20 Lm, 鍍層具有良好的附著性, 鍍層顯示了較好的使用效果(包括擠壓, 成型以及塑 E] 6]c!2:  
料加工模具)。M ult iA rc (U K) L td 在伯明翰Too ling ’95 展覽會(huì)上介紹了該公司一種用于提高沖模壽命的PVD 工藝, 6～ 8 Lm厚的沉積層提高沖壓4 mm 厚鋼質(zhì)變速箱殼的沖模壽命, 由沖壓 P2Jo^WS  
500 次增大到20 400 次, 且不需要再拋光。 MO^Q 8v  
日本在活塞環(huán)等零件表面采用離子鍍法鍍覆具有CrN 或Cr2N 成分、附著力強(qiáng)的耐磨膜[4 ] , 膜層中氮濃度由基體向表面膜層表面不斷增大。鍍層在不斷變更氮分壓情況下用蒸發(fā)源鉻和 bG)EZ  
反應(yīng)氣體N 2 制成, 鍍膜層厚度10～ 60 Lm, 硬度1 500～ 2 000HV , 遠(yuǎn)高于電鍍Cr 和氮化。它的耐粘著性能約是電鍍Cr 的1. 5倍, 且其實(shí)際耐久性是電鍍Cr 的4～ 10 倍, 具有運(yùn)行平穩(wěn)、無(wú)拉 =jEVHIYt  
缸、抱缸現(xiàn)象, 效果十分理想, 是一種無(wú)公害的、可取代電鍍Cr處理的表面處理手段。但離子鍍時(shí), 工件溫度在400～ 500 ℃便導(dǎo)致活塞環(huán)類零件的應(yīng)力松馳、彈性下降, 可能會(huì)影響其廣泛應(yīng)用。 p40;@gUug  
裝飾鍍也是新的應(yīng)用對(duì)象之一, 德國(guó)的L eybo ld 是老牌的PVD 設(shè)備和技術(shù)公司, 近年來(lái)推出了一些金屬或非金屬構(gòu)件裝飾處理的PVD 沉積技術(shù), 其中較引入注意的是磁控濺射沉積新 'VpzB s#  
型ZrN 技術(shù)。它具有青銅色外表, 極低的電化學(xué)電位, 耐蝕性極好, 同時(shí)也很耐磨, 是一種非常好的表面處理方法。 g^l~AR  
新的專利和研究報(bào)告表明[4, 6～ 7 ] , 尋找PVD 沉積T iA lN、CrN、WCöC 等鍍層的新應(yīng)用領(lǐng)域是各國(guó)研究人員努力的方向,并已取得一定進(jìn)展。 Ql
i#=0{`  
2　沉積的基體溫度更低 aT4I sPA?_  
由于應(yīng)用對(duì)象的擴(kuò)展, PVD 處理的材料也由原來(lái)較單一的HSS、硬質(zhì)合金等材料不斷向中低合金結(jié)構(gòu)鋼、模具鋼, 乃至有色金屬等其他材料類型拓寬。為保證PVD 表面處理后被處理件整 4A0v>G`E*#  
體材料的性能不下降, 降低PVD 處理溫度, 在較低的溫度下獲得性能優(yōu)良的沉積層, 已成為一個(gè)主要的技術(shù)問(wèn)題[8～ 10 ]。 d\ I6Wn  
磁控濺射技術(shù)是PVD 技術(shù)中的一大主流技術(shù), 被稱為低溫沉積最有效的方法。在磁控濺射時(shí), 電子被暗場(chǎng)罩或?qū)ｉT附加的陽(yáng)極吸收掉, 所以, 基體的溫度比傳統(tǒng)的濺射要低。而且研究表 bL`>#M_^  
明[11, 12 ] , 通過(guò)一些特殊手段可以使基體的溫度降低到接近室溫,而使塑料或其他溫度敏感材料可作為基體進(jìn)行沉積處理。 a B$x(8pP@  
1998 年Teel Coat ing L td 提出, 在低溫下采用磁控濺射沉積高質(zhì)量T iN、T iCN 鍍層技術(shù)。根據(jù)制件的用途, 在沉積過(guò)程中制件的加熱溫度可降到小于70 ℃, 從而擴(kuò)大類似鍍層可能的使用 ]z O6ESH  
范圍[13, 17 ]。 T)MX]T  
美國(guó)No rthw estern 大學(xué)的研究表明, 利用磁控濺射PVD 技術(shù)可以在基體低溫(不改變其溫度敏感性) 情況下得到新的鍍層,它們用于摩擦工程和微電子(工程) 是有廣闊前途的[14 ]。Bonmas %i6/= 'u  
H. 等在350 ℃下采用磁控濺射對(duì)高速工具鋼和滾珠軸承沉積T iN 層[5 ]。 bMq)
[8,N  
日本專利466659[16 ]推薦一種采用PVD 法生成T iN 涂層材料的方法, 其溫度為20～ 600 ℃, 氣體壓力為1. 33 × 101～1. 33×10- 2 Pa, A röN 2 1ö15～ 1ö30。把低溫T iN 涂層作為專利方法提出。 j/t
)=c  
德國(guó)BAM 與日本東京技術(shù)研究所合作, 在200 ℃用非平衡磁控濺射沉積多層T iN 2CrA lN 和CrN 2CrA lN 復(fù)合涂層[24～ 26 ]。1997 年Slovenia 的N avinsek B [42 ]等提出, 150 ℃下在軟金屬上 Tnv,$KOhs  
濺射沉積T iNöC rN 的技術(shù)。 3xk-D &"  
英國(guó)的Loughbo rough 大學(xué)近來(lái)成功地在室溫條件下用磁控濺射過(guò)程中的基體溫度(由350～ 500 ℃降低至150 ℃左右) ,功地將T iN、CrN 涂層用于人工牙齒模具表面和銅焊接觸頭表 G%A!yV  
面, 其使用壽命提高了5～ 10 倍。 frokl5L@  
德國(guó)的F raunhofer 研究所, 對(duì)現(xiàn)有的類金剛石膜DLC 技術(shù)進(jìn)行改造, 在200 ℃以下用PVD 方法生成多晶金剛石膜, 它既有很小的摩擦系數(shù)又同時(shí)具有極高的硬度, 因而稱之為摩擦學(xué)功 (`&SV$m  
能薄層(T ribo logically effect ive th in coat ign) , 可以使用在機(jī)械零部件上, 并在無(wú)潤(rùn)滑或少潤(rùn)滑條件下正常工作[45 ]。 r^7eK
)XA_  
雖然文獻(xiàn)中一般都只介紹研究結(jié)果, 很少介紹工藝, 但是可以肯定, 利用磁控濺射方法在低溫下實(shí)現(xiàn)耐磨涂層表面沉積是可能的, 也是有前途的。 D&o~4Qvc]  
3　走向新型、復(fù)合及多層化 HvR5-?qQ  
PVD 沉積技術(shù)應(yīng)用于模具和摩擦副零件比用于切削刀具的摩擦學(xué)系統(tǒng)要求高, 為此, 沉積層的類型也要進(jìn)一步改進(jìn), 以滿足更高的性能要求。選用新型鍍層、復(fù)合鍍層(多元鍍層) 以及多層 ?o1QjDG  
鍍層是進(jìn)一步提高如結(jié)合強(qiáng)度、基體承載能力以及基體和涂層匹配性等性能的有效途徑[12, 18～ 22 ] , 從而極大地改善其可靠性和使用壽命。 A("\m>g$b  
捷克采用加Sc 靶的磁控濺射技術(shù)獲得含Sc 的T iC 和T iN鍍層, 因Sc 的固溶強(qiáng)化提高了T iC 和T iN 鍍層硬度。英國(guó)Monaghan D P 等以不平衡磁控濺射鍍膜工藝T iA lN、T iZrN、T iCrN、T iN bN、CrZrN、CrMoN 和CrCN 薄膜, 這些工藝可以獲得硬度4 000 HV , 600～ 800 ℃時(shí)熱穩(wěn)定性好、附著強(qiáng)度高的涂層, 并開(kāi)發(fā)出總厚度小于10 nm、硬度很高的多層薄鍍層的工藝。例如T iC 類金剛石碳系列超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的厚5 nm 的多層鍍層硬度達(dá)3 500 HV , 摩擦系數(shù)0. 2, 而T iNöN 系列厚10 nm 的多層鍍層, 硬度達(dá)5 000 HV。  临武县| 岫岩| 潼南县| 文昌市| 皋兰县| 名山县| 宁陕县| 翁牛特旗| 江口县| 泌阳县| 大兴区| 江阴市| 墨玉县| 崇义县| 砚山县| 穆棱市| 定结县| 恩平市| 陵川县| 孝义市| 休宁县| 绥滨县| 图片| 随州市| 探索| 平江县| 涪陵区| 临高县| 汕尾市| 基隆市| 岗巴县| 随州市| 观塘区| 凉山| 百色市| 桂平市| 舟曲县| 泰安市| 蒙山县| 甘洛县| 克山县|