Razvoj novih materijala za tvrde prevlake reznih alata

Razvoj novih materijala za tvrde prevlake reznih alata

IKS PVD PV Alati PVD stroj za vakuumsko premazivanje with kontaktirajte nas sada. Iks.pvd@foxmail.com

1. Razvoj višestrukih i kompozitnih tvrdih materijala za oblaganje

PVD tehnologija zbog temperature obrade koja se kontrolira ispod 500 ℃ , može se koristiti kao završni proces obrade, vrlo pogodan za premazivanje alata za brzi čelik, značajno poboljšava performanse rezanja brzoreznog rezača, tako da tehnologija iz 1980-ih brza promocija, do kraja 1980-ih, omjer PVD premaza HSS kompleksa alata za rezanje u industrijski razvijenim zemljama premašio je 60% .Početkom 21. vijeka, omjer PVD premaza HSS rezača u industrijski razvijenim zemljama dosegao je 50% do 70% %, a omjer PVD prevlake HSS kompliciranih rezača dosegao je i do 90%. Uspješna primjena PVD tehnologije u području alata za brzi čelik privukla je veliku pažnju proizvodne industrije širom svijeta. Dok se natječe za razvoj visokih performansi i visoke pouzdanosti opreme za oblaganje, proširena je oblast primjene PVD tehnologije (posebno u primjeni cementiranih karbida i keramičkih alata). Rezultati pokazuju da je u usporedbi s CVD procesom PVD procesna temperatura niska, ispod 600 ℃ nije imalo uticaja na čvrstoću na savijanje materijala reznog alata. Unutrašnje stanje naprezanja filma je napon pritiska, koji je pogodniji za premazivanje preciznosti cementnog karbida i složenih alata za rezanje. U kasnim devedesetim godinama prošlog vijeka, PVD tehnologija je široko primijenjena na tretman premazivanja završnim glodanjem od tvrdog metala, bušilicom, bušenjem rupa za ulje, razvrtačem, slavinom, glodalicom za indeksiranje i specijalnim rezačem, itd.

Konsultantska kompanija njemačke tvrtke Eurasia analizirala je tržište za oblaganje alata u Kini u 1999. godini. Veličina tržišta alata za oblaganje alata u Kini 1999. godine iznosila je 75,12 milijuna yuana. Prema statistici godišnjaka za industriju mašina u Kini (opseg je član udruženja alata) proizvodi velike brzine u Kini činili su najveći udio, njegova izlazna vrijednost iznosila je 85,9%, prodaja činila 89,8%, a alat za premazivanje iste godine iznosio je samo 3% ~ 4%. tržište premaza će porasti za više od 20 posto godišnje, a tržište za premazivanje alatom PVD će rasti još više, a očekuje se da će veličina tržišta kineske obrade alata doseći 247,69 milijuna juana do 2005. godine. tako da je razvoj tehnologije premazivanja alata od velikog značaja. Iako je trenutna domaća tehnologija premazivanja alata i međunarodna napredna razina u odnosu na veliku prazninu, obični TIALN premaz tec hnologija nije zrela, ali ogromno tržište aplikacija i sve urgentniji zahtjevi zemlje za inovacijama, tehnologija zelene proizvodnje, promovisala je inovativni razvoj domaće tehnologije premazivanja alata.

Rezna površina površine tvrdog filma na zahtjevima materijala: 1, visoka tvrdoća, dobra otpornost na habanje; 2. Stabilna hemijska svojstva, bez kemijske reakcije sa materijalima izratka; 3, otpornost na toplotu i oksidaciju, niski koeficijent trenja i matrica adhezije. Teško je za jedan materijal za oblaganje ispuniti sve gore navedene tehničke zahtjeve. Razvoj materijala za oblaganje, je od originalnog jednog TiN premaza, TiC premaz, prošao je TiC Al, 03-tin kompozitni premaz i TiCN, TiAlN i drugi multi-kompozitni premazni stadij, sada najnoviji razvoj TiN / NBN, TiN / CN i drugi višeslojni filmski materijali, performanse premaza alata su znatno poboljšane.

TiN je najzreliji i najkorišteniji materijal za tvrde prevlake. U sadašnjosti, stopa upotrebe HSS rezača obloženih TiN-om u industrijski razvijenim zemljama iznosi 50% do 70% HSS rezača, a stopa upotrebe nekih složenih rezača koji se ne mogu rezati. je premašio 90% .Zbog visokih tehničkih zahtjeva modernih alata za rezanje metala, TIN premaz se postepeno nije mogao prilagoditi. Otpornost na oksidaciju TiN premaza je lošija, kada je temperatura upotrebe 500 The; Film je očigledno oksidiran i abliran, tvrdoća ne može zadovoljiti potrebu.TiC ima veću mikrotvrdoću, tako da je otpornost na habanje ovog materijala bolja. U isto vrijeme, čvrsto prianja na podlogu. Pri izradi višeslojnog premaza otpornog na habanje, TiC se često koristi kao temeljni film u kontaktu sa supstratom. To je vrlo čest materijal za premazivanje u alatu za oblaganje. Razvoj TiCN i TiAlN dodatno poboljšava performanse obloženih rezača.TiCN može smanjiti unutrašnje naprezanje premaza, poboljšati žilavost premaza, povećati debljinu premaza, sprečava difuziju pukotina i smanjuje lom noža.TiCN se postavlja kao glavni sloj za nošenje obloženog alata, koji može značajno poboljšati vijek trajanja alata.TiAlN ima dobru kemijsku stabilnost i antioksidacijsku abraziju. Prilikom obrade visokolegiranog čelika, nehrđajućeg čelika, legure titanijuma i legure nikla, radni vijek rezača obloženog kositrom može se povećati za 3 do 4 puta. Ako postoji visoka koncentracija Al u TiAlN premazu, vrlo tanak amorfan Al2O3 će se stvoriti na površini premaza za vrijeme rezanja, formirajući čvrsti inertni zaštitni film. Obloženi alat se može učinkovitije koristiti u brzom rezanju. Titan nitrida s dopunskim kisikom ima vrlo visoku mikrotvrdoću i kemijsku stabilnost, što može proizvesti kompozitni premaz ekvivalentan TIC + AL2O3. kompleksni spojevi, od kojih neki imaju visoku tvrdoću, ovi materijali se mogu razviti i primijeniti na alate za premazivanje, napravit će novi proboj u izvedbi alata za premazivanje.

2. Primjena sintetičkog dijamantnog filma s niskom tlakom plinske faze

Među tvrdim materijalima navedenim gore, postoje tri vrste dijamantskog filma, kubični borov nitrid CBN i ugljični nitrid čija mikrotvrdoća može preći 50GPa.Ovaj nekoliko filmskih materijala od ultra visoke tvrdoće otvorio je vrlo važnu upotrebu za razvoj obloženih materijala. alat za rezanje tvrdi film, jer rijetki i skupi prirodni dijamant je daleko od zadovoljavanja potreba moderne industrije.U sredinom 1950-ih, Sjedinjene Američke Države generalni motori kompanija umjetno sintetizira dijamant, i dobila zrnate i praškaste dijamante. Polikristalni dijamantski noževi (PCD) koji se obično koriste u mehaničkoj industriji takođe imaju ograničene performanse zbog svoje jednostavne geometrije, bez lomača čipova i razumnih geometrijskih parametara. filmovi su sintetisani niskim tlakom kemijskog taloženja pare (LCVD). Nakon više od 20 godina tehnoloških otkrića, tehnologija taloženja para s niskim tlakom za dijamant konačno je napravila veliki iskorak, a istraživanje dijamanata postalo je vruća tema širom svijeta.

Dijamant i grafit su alotropni, dijamantski kristal je kubični kristalni sistem, a grafit je šesterokutni kristalni sistem. Zbog različitih načina vezivanja između atoma, njihov učinak varira. Termodinamički, grafit je stabilniji od dijamanta. gasna faza, u faznom dijagramu ugljenika, provodi se u regiji gdje je grafit stabilan i dijamant je metastabilan. Međutim, budući da su kemijski potencijali dviju faza tako blizu, mogu se formirati obje faze. sinteza dijamantne faze pod pritiskom inhibira grafitnu fazu i promovira rast dijamantne faze. Uobičajena metoda sinteze je metoda vruće žice. Plazma pojačano kemijsko taloženje pare (PECVD), uključujući mikrovalnu PCVD, elektronsku ciklotronsku rezoluciju ecr-pcvd, dc i rf PCVD metode; DC i visokofrekventna metoda plazme pražnjenja luka. Ulaz energije u proces reakcije (kao što je snaga rf, mikrotalasna snaga, itd.), stanje aktivacije i optika Odnos reakcionog gasa, kao i način nukleacije u procesu taloženja, itd. igraju odlučujuću ulogu u formiranju dijamantnog filma. Konstante kristala i rešetke materijala supstrata imaju veliki uticaj na rast nukleacije dijamantskog filma. Kada se faza dijamanta i grafitna faza nukleiraju u isto vrijeme na supstratu, grafitna faza će brzo rasti. Ako postoji visoka koncentracija atomskog vodika, nagrizaće rastuću grafitnu fazu i ukloniti grafitnu fazu. Iako može korodirati dijamantnu fazu, ona je mnogo sporija, tako da inhibira rast grafitne faze. Mnogi zahtjevi za odlaganje dijamantske folije temperature 600 ~ 900 ℃, tako da tehnologija koja se koristi za odlaganje dijamantskog filma na površinu cementiranih alati za rezanje karbida.

3. CBN tehnologija tankog filma je još uvijek proboj

U poređenju sa sintetičkim dijamantskim filmom, sintetički CBN film je kasni istraživački teren. CBN ima tri izomera, CBN kubičnu strukturu sfalerita, H-bn heksagonalnu grafitnu strukturu, W-bn heksagonalnu wurtzite strukturu. Svojstva tri izomera su veoma različita. H-bn ima vrlo sličnu strukturu kao i grafit i vrlo mekanu teksturu. U w-bn i CBN, B i N atomi moraju međusobno formirati četverostruku koordinacijsku strukturu. Oba su super-čvrsta materijala. CBN dobiven metodom visokih temperatura i visokog tlaka je granulirani kristal s najvećom mikrotvrdoćom do 84,3GPa. Najveća mikrotvrdoća CBN filma je 61.8GPa, a njegova sveobuhvatna performansa nije manja od one od dijamantskog filma. CBN je na drugom mjestu samo na dijamant u tvrdoći i toplinskoj provodljivosti i ima odličnu termičku stabilnost. do 1000 ide oksida. CBN ima izuzetno stabilna kemijska svojstva za metale željezne grupe, koja se razlikuje od dijamanta koji nije pogodan za obradu čelika. Može se široko koristiti za završnu obradu i brušenje čeličnih proizvoda. Pored odlične otpornosti na habanje, CBN premaz se može koristiti za obradu čelika otpornog na toplinu, legure titana i kaljenog čelika na prilično visokoj brzini rezanja, a može se koristiti i za rezanje valjci sa velikom tvrdoćom, materijali za gašenje sa ugljenikom i si-al legura sa veoma teškim habanjem alata.CVD i PVD metode su glavne metode za sintezu CBN filmova.CVD uključuje hemijski transport PCVD, grejanje sa toplom žicom PCVD, ecr-cvd, itd. PVD uključuje reaktivno ionsko zračenje, reaktivno isparavanje i lasersko odlaganje ionskog snopa.

Tehnologija sinteze CBN-a još uvijek ima mnogo posla u osnovnim istraživanjima i primjenskoj tehnologiji, uključujući reakcijski mehanizam i proces formiranja filma, dijagnostiku plazme i analizu masene spektrometrije, određivanje najboljih uvjeta procesa, razvoj opreme visoke učinkovitosti, itd. .

4. Ugljični nitrid koji može premašiti tvrdoću dijamanta

Krajem 1980-ih, američki naučnici IIU i ko-ken dizajnirali su p-c3n4, novo jedinjenje slično p-si3n4. Volumenski modul, energetski pojas i karakterne konstante p-c3n4 izračunate su pomoću fizike čvrstog stanja i teorije kvantne kemije, te je utvrđeno da je modularni volumen ugljičnog nitrida dostigao brojčani raspon dijamanta. Proporcionalan modulu volumena, tvrdoća C3N4 može doseći tvrdoću dijamanta, što je privuklo pažnju naučnika širom sveta. Godine 1994. IIU je objavio novi rezultat istraživanja E53. Usvojio je ab initio metodu izračunavanja molekularne dinamike varijabilnog modela rešetke (vs-md), proširio teorijsko istraživanje niskoenergetskih C3N i krutih, i ukazao da C i N mogu imati tri strukture: P faza heksagonalnog kristalnog sistema, struktura sfererita kubičnog kristalnog sistema i grafitna struktura trouglastog kristalnog sistema. Godine 1996. Jeter i Hemley u Sjedinjenim Američkim Državama još uvijek koriste prve principe ab initio proračuna, ali su promijenili proces. Metoda konjugiranog gradijenta se koristi za minimiziranje elektrona stupnjevi slobode u početnim uvjetima. Periodična funkcija se koristi za proširenje elektronskog vala u dva ravninska vala. Korišćeno je konzerviranje standardnih standarda i očuvanje čvrstoće (ENHC). Dobiva se C3N4 sa pet struktura, koje su n-faza, p- faza, struktura kubofazne blende, kubofazna struktura silicozinka E i grafitska faza. Pored grafitne faze, ostala četiri su supertrajni materijali. Volumenski modul E - cc 3 n 4 u kubičnoj silikonskoj rudi je viša od rude dijamanta. Stoga, karbon nitrid može imati tvrdoću dijamanta.

Uspjeh sinteze ugljičnog nitrida je izuzetan primjer molekularnog inženjeringa. Očekuje se da ugljični nitrid, kao super čvrst materijal, ima mnoga druga vrijedna fizička i kemijska svojstva. Glavne metode sinteze ugljičnog nitrida su DC i RF reaktivno prskanje. i metoda taloženja pomoću jonskog snopa, metoda ECR-CVD, metoda slaganja dvostrukih ionskih snopova, itd. Film ugljičnog nitrida dobiven uparljivim ionskim snopom elektronskog zraka na univerzitetu Okayama u Japanu dosegnuo je trenutno najveću mikrotvrdoću ugljičnog nitrida - 63,8 GPa.China's tsinghua univerzitet također je dobio 60.8GPa visokog tvrdoće ugljičnog nitrida, a wuhan univerzitetska tvrda tvrdoća ugljičnog nitrida je dostigla 50.0GPa9, i pohranjena na HSS bušilici, i dobila vrlo dobre performanse bušenja. je izbjegavanje taloženja grafitne faze.