تطوير المواد الجديدة للطلاء الصلب لأدوات القطع

تطوير المواد الجديدة للطلاء الصلب لأدوات القطع

IKS PVD ， أدوات PVD آلة طلاء الفراغ ، اتصل معنا الآن ， iks.pvd@foxmail.com

1. تطوير مواد الطلاء الصلب متعددة ومركبة

يمكن استخدام تقنية PVD بسبب درجة حرارة المعالجة تحت 500 ℃ ، كعملية معالجة نهائية ، مناسبة جداً لطلاء أدوات الصلب عالية السرعة ، تحسن بشكل كبير من أداء القطع للقاطع الصلب عالي السرعة ، لذا فإن التكنولوجيا من 1980 ثانية في نهاية الثمانينات من القرن العشرين ، تجاوزت نسبة طلاء PVD لأدوات التقطيع المعقدة HSS في الدول الصناعية المتقدمة 60٪. وبنهاية القرن الواحد والعشرين ، بلغت نسبة طلاء PVD لقاطعات HSS في الدول الصناعية المتقدمة 50٪ ~ 70 ٪ ، ونسبة طلاء PVD لقواطع HSS المعقدة وصلت إلى 90٪. جذب التطبيق الناجح لتقنية PVD في مجال الأدوات الفولاذية عالية السرعة اهتمامًا كبيرًا من الصناعة التحويلية في جميع أنحاء العالم. أثناء التنافس على تطوير معدات طلاء عالية الأداء وموثوقية عالية ، تم توسيع مجال تطبيقات تكنولوجيا PVD (خاصة في تطبيق أدوات كربيد السيراميك وأدوات الأسمنت). وتبين النتائج أنه بالمقارنة مع عملية CVD ، تكون درجة حرارة عملية PVD منخفضة ، أقل من 600 ℃ لم يكن لها تأثير على قوة الانحناء لمادة أداة القطع. حالة الإجهاد الداخلي للفيلم هي الضغط الانضغاطي ، والذي هو أكثر ملاءمة لطلاء الكربيد المدعم وأدوات القطع المعقدة. لا يوجد تأثير سلبي على البيئة ، في في أواخر التسعينيات ، تم تطبيق تقنية PVD على نطاق واسع في معالجة طلاء كربيد نهاية الطحن ، مثقاب ، حفر حفرة النفط ، مخرطة ، الصنبور ، قطع الطحن المفهرسة و القاطع على شكل خاص ، إلخ

قامت شركة الاستشارات الألمانية Eurasia بتحليل سوق طلاء الأدوات في الصين في عام 1999. بلغ حجم السوق لطلاء الأدوات في الصين في عام 1999 ، 75.12 مليون يوان. وفقا للإحصاءات عن الكتاب السنوي لصناعة الآلات في الصين (النطاق عضو في رابطة الأدوات) تمثل المنتجات عالية السرعة أداة الصلب في الصين لأكبر نسبة ، شكلت قيمة انتاجها 85.9 ٪ ، وشكلت المبيعات ل 89.8 ٪ ، ونفس الأداة طلاء العام فقط 3 ٪ ~ 4 ٪. وتتوقع الشركة أن الأداة الصينية سوف تنمو سوق الطلاء بنسبة أكثر من 20 في المئة سنويا ، وسوف تنمو سوق الطلاء أداة PVD أكثر من ذلك ، ومن المتوقع أن يصل حجم سوق طلاء الأدوات الصينية إلى 247.69 مليون يوان بحلول عام 2005. لأن سوق تجهيز الأدوات الصينية كبير جدا ، لذلك فإن تطوير تكنولوجيا طلاء الأدوات له أهمية كبيرة. على الرغم من أن تكنولوجيا طلاء الأدوات المحلية الحالية والمستوى المتقدم الدولي مقارنة بالفجوة الكبيرة ، فإن TECN هو طلاء عادي Hnology ليست ناضجة ، ولكن سوق التطبيقات الضخمة ومتطلبات البلاد الملحة على نحو متزايد للابتكار ، وتكنولوجيا التصنيع الخضراء ، عززت التطوير المبتكر لتكنولوجيا طلاء الأدوات المحلية.

سطح قطع أداة الفيلم الصلب على متطلبات المواد: 1 ، صلابة عالية ، مقاومة التآكل جيدة ؛ 2. الخصائص الكيميائية مستقرة ، أي رد فعل كيميائي مع مواد الشغل ؛ 3 ، مقاومة الحرارة والأكسدة ، معامل الاحتكاك المنخفض ، وشركة التصاق مصفوفة. من الصعب على مادة طلاء واحدة أن تلبي جميع المتطلبات الفنية المذكورة أعلاه. لقد تم تطوير مواد الطلاء ، من طلاء TiN واحد الأصلي ، طلاء TiC ، قد ذهب من خلال TiC Al ، والطلاء المركب 03-tin و TiCN ، TiAlN وغيرها من مراحل تطور الطلاء المتعدد المركب ، والآن أحدث تطوير TiN / NBN ، TiN / CN وغيرها من المواد السينمائية المتعددة المركبة ، تم تحسين أداء طلاء الأدوات بشكل كبير.

TiN هي أكثر مواد الطلاء الصلب نضجا واستخداما على نطاق واسع. في الوقت الحاضر ، فإن معدل استخدام قواطع HSS المغلفة في الدول الصناعية المتقدمة قد مثل 50٪ ~ 70٪ من قواطع HSS ، ومعدل استخدام بعض القواطع المعقدة غير القابلة للانعكاس تجاوزت 90٪. بسبب المتطلبات التقنية العالية لأدوات القطع المعدنية الحديثة ، فشل طلاء TIN بالتأقلم تدريجيا. مقاومة الأكسدة لطلاء TiN تكون أكثر فقراً ، عندما تكون درجة حرارة الاستخدام 500 ℃ ؛ من الواضح أن الفيلم مؤكسد وممتص ، صلابة لا تلبي الحاجة. tic لديه أعلى microhardness ، وبالتالي فإن ارتداء مقاومة هذه المواد هو أفضل. في نفس الوقت ، تلتزم بشدة إلى الركيزة. في تحضير طبقة مقاومة للتآكل متعددة الطبقات ، غالباً ما يستخدم TiC كالفيل الكامن في اتصال مع الركيزة. إنها مادة طلاء شائعة جداً في أداة الطلاء. تطوير TiCN و TiAlN يحسنان أداء القطع المطلي. TiCN يمكن أن يقلل من الضغط الداخلي للطلاء ، تحسين متانة الطلاء ، زيادة سماكة الطلاء ، منع انتشار الشقوق ، والحد من كسر الشفرة. يتم تعيين TCCN كطبقة التآكل الرئيسية للأداة المغلفة ، والتي يمكن أن تحسن بشكل كبير من حياة الأداة. TIAlN لديه استقرار كيميائي جيد وكشط مضاد للأكسدة. عند معالجة الفولاذ ذو السبائك العالية ، الفولاذ المقاوم للصدأ ، سبائك التيتانيوم وسبائك النيكل ، يمكن زيادة العمر التشغيلي للقاطع المكسو بالقصدير بمقدار 3 ~ 4 مرات. إذا كان هناك تركيز عال لـ Al في طلاء TiAlN ، وهو غير متبلور رفيع جداً سيتم إنشاء Al2O3 على سطح الطلاء أثناء القطع ، مما يشكل طبقة واقية خاملة قوية. يمكن استخدام الأداة المغلفة بشكل أكثر فاعلية في عمليات القطع عالية السرعة. نيتريد التيتانيوم المشبع بالأكسجين TiCNO لديه درجة عالية جدًا من الثبات والاستقرار الكيميائي ، والتي يمكن أن تنتج طلاء مركب مكافئ لـ TIC + AL2O3.Some بعض نيتريدات المعادن الانتقالية ، الكربيدات ، البوريدات المركبات المعقدة ، وبعضها ذات صلابة عالية ، هذه المواد يمكن تطويرها وتطبيقها على أدوات الطلاء ، سوف تحقق اختراقاً جديداً في أداء أدوات الطلاء.

2. تطبيق انخفاض ضغط الغاز المرحلة التوليف فيلم الماس

من بين مواد الأفلام الصلبة المذكورة أعلاه ، هناك ثلاثة أنواع من أفلام الألماس ، نتريد البورون المكعب CBN و nitride الكربون الذي يمكن أن تتجاوز HV microhardness 50GPa. لقد فتحت هذه المواد القليلة الصلابة فائقة الارتفاع استخدامًا مهمًا للغاية لتطوير المغلفة قطع الفيلم الصلب أداة ، لأن الماس الطبيعي نادرة ومكلفة بعيدة كل البعد عن تلبية احتياجات الصناعة الحديثة. في منتصف 1950s ، الشركة العامة للولايات المتحدة المحركات توليف الماس الاصطناعي ، والحصول على الماس الحبيبي ومسحوق. لأن الماس الحبيبي من الصعب من الصعب تطبيقه على سطح الأداة. شفرات الماس البلورية (PCD) المستخدمة عادة في الصناعة الميكانيكية لها أيضا أداء محدود بسبب هندستها البسيطة ، لا قاطع رقاقة ومعاملات هندسية معقولة. في أوائل السبعينيات ، الماس رقيقة تم تصنيع الأفلام بواسطة ترسب بخار كيميائي منخفض الضغط (LCVD). بعد أكثر من 20 عامًا من التقدم التكنولوجي ، أحدثت تقنية ترسيب البخار المنخفض الضغط للماس إنجازًا كبيرًا ، وأصبحت أبحاث الماس موضوعًا ساخنًا على مستوى العالم.

الماس والجرافيت هما allotrope ، بلورة الماس هو نظام بلورة مكعب ، والجرافيت هو نظام الكريستال السداسي. بسبب اختلاف طرق الترابط بين الذرات ، يختلف أدائها اختلافًا كبيرًا.كما أن الجرافيت أكثر ثباتًا من الماس. يتم تنفيذ المرحلة الغازية ، في مخطط طور الكربون ، في المنطقة التي يكون فيها الجرافيت مستقراً ويكون الماس مستقراً. ومع ذلك ، لأن الإمكانات الكيميائية للمرحلتين قريبة جداً ، يمكن تكوين كلا المرحلتين. ضغط الغاز المرحلة التوليف من الماس هو تثبيط مرحلة الجرافيت وتعزيز نمو الطور الماس.والطريقة التوليف المشترك هو طريقة الأسلاك الساخنة.ترقية البلازما الكيميائية المحسنة البلازما (PECVD) ، بما في ذلك PCVD الميكروويف ، الإلكترون سيكلوترون الرنين ecr-pcvd ، dc و rf PCVD أساليب ؛ Dc و طريقة تفريغ البلازما بتقنية القوس عالية التردد. مدخلات الطاقة في عملية التفاعل (مثل طاقة الترددات اللاسلكية ، طاقة الميكروويف ، إلخ) ، حالة التنشيط و opti نسبة mal من غاز التفاعل ، و طريقة التنوي في عملية الترسيب ، إلخ ، تلعب دورا حاسما في تشكيل فيلم الماس. الثوابت البلورية و الشبكية من مواد الركيزة لها تأثير كبير على نمو التنوي لفيلم الماس. عندما يتم طور طور الماس وطور الجرافيت في نفس الوقت على الركيزة ، فإن طور الجرافيت سينمو بسرعة. إذا كان هناك تركيز عال من الهيدروجين الذري ، فإنه سيؤدي إلى تآكل مرحلة الغرافيت المتنامي وإزالة طور الجرافيت. على الرغم من أنه يمكن أن يؤدي إلى تآكل مرحلة الماس ، فإنه أبطأ بكثير ، وذلك لمنع نمو مرحلة الجرافيت. العديد من المتطلبات لإيداع درجة حرارة الفيلم الماس 600 ~ 900 ℃ ، وبالتالي فإن التكنولوجيا المستخدمة في ترسيب الفيلم الماس على سطح عززت أدوات قطع الكربيد.

3. تكنولوجيا CBN للسينما الرقيقة هي أن تتطور حتى الآن

بالمقارنة مع فيلم الماس الاصطناعي ، فيلم CBN الاصطناعية هو حقل أبحاث متأخر. CBN لديه ثلاثة ايزومرات ؛ CBN مكعب هيكل sphalerite ؛ H-bn هيكل الجرافيت سداسية ، W-bn هيكل wurtzite سداسية.خصائص الايسومرات الثلاثة مختلفة جدا. يحتوي H-bn على بنية مشابهة جداً للجرافيت و مادة ناعمة جداً. في W-bn و CBN و B و N يجب أن تشكل ذرات هيكل التنسيق الرباعي مع بعضها البعض. كلاهما من المواد الفائقة الحرارة. إن CBN التي تم الحصول عليها بواسطة درجة الحرارة العالية والضغط العالي هي بلورة حبيبية مع أعلى درجة صغرى تصل إلى 84.3GPa. إن أعلى نسبة لشريحة CBN هي 61.8GPa ، وأداءها الشامل لا يقل عن أداء الفيلم الماسي. CBN في المرتبة الثانية بعد الماس في الصلابة والتوصيل الحراري ولديها استقرار حراري ممتاز. في الجو ، لا يحدث تسخين إلى 1000 ℃ oxide.CBN لديها خصائص كيميائية مستقرة للغاية لمعادن مجموعة الحديد ، والتي تختلف عن الماس الذي لا يصلح لمعالجة الفولاذ. يمكن إستخدامه على نطاق واسع من أجل تشطيب وطحن منتجات الصلب. بالإضافة إلى مقاومة التآكل الممتازة ، يمكن استخدام طلاء CBN لمعالجة الفولاذ المقاوم للحرارة ، سبائك التيتانيوم والفولاذ المقسى بسرعة قص عالية إلى حد ما ، ويمكن استخدامه لقطع الصلب بكرات ذات صلابة عالية ، مواد تبريد مخلوطة بالكربون وسبيكة si-al مع أدوات ارتداء شديدة جداً. طرق CVV و PVD هي الطرق الرئيسية لتخليق CBN films.CVD يشمل النقل الكيماوي PCVD ، التسخين الحار بمساعدة PCVD ، ecr-cvd ، الخ .PVD يشمل تصفيح شعاع الأيون التفاعلي ، التبخر التفاعلي وترسب شعاع أيون بمساعدة الليزر.

لا تزال التقنية التجميعية لـ CBN لديها الكثير من العمل الذي يجب القيام به في مجال البحوث الأساسية والتكنولوجيا التطبيقية ، بما في ذلك آلية التفاعل وعملية تشكيل الفيلم ، تشخيص البلازما وتحليل الطيف الكتلي ، تحديد أفضل ظروف العملية ، تطوير معدات عالية الكفاءة ، إلخ. .

4. نيتريد الكربون التي قد تتجاوز صلابة الماس

في أواخر الثمانينات ، قام العلماء الأمريكيون IIU و co-hen بتصميم p-c3n4 ، وهو مركب جديد مشابه لـ p-si3n4. تم حساب معامل السعة ونطاق الطاقة وثوابت الأحرف في p-c3n4 باستخدام فيزياء الحالة الصلبة ونظرية كيمياء الكم ، وتبين أن معامل الجزء الأكبر من نيتريد الكربون قد وصل إلى المدى العددي للماس. بسبب صلابة المادة تتناسب صلابة C3N4 مع معامل الحجم ، وقد تصل إلى صلابة الألماس ، والتي جذبت انتباه العلماء في جميع أنحاء العالم. في عام 1994 ، نشرت IIU نتائج البحث الجديدة E53. تبنى طريقة حسابية ابتدائية من النموذج الديناميكي المتغير للديناميكا الجزيئية (vs-md) ، مدد البحث النظري عن C3N منخفض الطاقة والصلب ، وأشار إلى أن C و N قد يكون لهما ثلاثة تراكيب: P مرحلة نظام الكريستال السداسي ، هيكل sphalerite من نظام الكريستال مكعب والبناء الجرافيت تشبه نظام الكريستال الثلاثي. في عام 1996 ، لا يزال يستخدم Jeter و Hemley في الولايات المتحدة المبادئ الأولى أساس حسابات initio ، ولكن غيرت عملية. يستخدم أسلوب التدرج المترافقة لتقليل الإلكترون درجات الحرية في ظل الظروف الأولية. يتم استخدام الوظيفة الدورية لتوسيع موجة الإلكترون إلى موجتين مستوحتين. تم استخدام الحفاظ على مستوى معياري والحفاظ على القوة (ENHC). تم الحصول على C3N4 مع خمسة هياكل ، والتي هي n-phase ، p- المرحلة ، هيكل blube cubophase ، e هيكل epic مرحلة siliozinc و مرحلة الجرافيت. بالإضافة إلى مرحلة تشبه الجرافيت ، الأربعة الأخرى هي جميع المواد superhard. وحدة التخزين e- cc 3 n 4 في مرحلة السيليك الزنك المرحلة أعلى من ذلك من الماس.لذلك ، قد يكون نيتريد الكربون صلابة الماس.

إن نجاح تخليق نيتريد الكربون هو مثال رائع على الهندسة الجزيئية. من المتوقع أن يكون لكربونات نتريد ، كمواد خارقة ، العديد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية القيّمة.الطرق الرئيسية لتخليق نيتريد الكربون هي DC و rf sputtering التفاعلي. تبخر الليزرات طريقة الترسيب بمساعدة الشعاع الأيوني ، طريقة ECR-CVD ، طريقة ترسيب شعاع الأيون المزدوج ، إلخ. فيلم نيتريد الكربون الذي تم الحصول عليه عن طريق شعاع الإلكترون في حزمة الشعاع التبخيري المساعدة في جامعة أوكاياما في اليابان وصل إلى أعلى دقة دقيقة من نيتريد الكربون في الوقت الحاضر - 63.8 كما حصلت جامعة tsinghua من GPa.China على 60.8GPa من نيتريد الكربون عالي الصلابة ، ووصلت صلابة نيتريد الكربون الاصطناعية لجامعة ووهان 50.0GPa9 ، وترسبت على مثقاب جديلة HSS ، وحصلت على أداء حفر جيد جدا. التكنولوجيا الرئيسية لتحضير نيتريد الكربون superhard coating هو تجنب ترسب مرحلة الجرافيت.