1、什么是纳米材料?
(1)纳米(nanometrer)是一个度量单位,1纳米(nm)等于10-9米。
(2)纳米材料(nano material),就是指用直径达到纳米级(1~100nm)的微小粒子制成的各种材料。
2、为何纳米材料的性能比普通材料更优?
●当构成物质的颗粒尺寸进入纳米尺度,特别是几个纳米时,因其内部粒子间的结构形态将发生根本性变化,从而使得一系列的物理性能都更加优化,甚至发生本质上的变化,比如硬度、韧性、耐热性、防腐性能等等。
3、纳米涂层(也称纳米薄膜)
●纳米薄膜具有的光,电,热以及机械方面的性能等方面的独特功能。
第二章、我们的纳米涂层
1、我们的纳米涂层属于金属陶瓷材料,有金属和陶瓷双重特性,如下所述:
(1)涂层硬度极高,是刀具,模具钢材硬度的3倍以上,甚至可达4000HV以上(陶瓷特性)
(2)涂层细腻光滑,与钢材之间的摩擦系数小(陶瓷特性):
(3)涂层与金属不易粘黏,可以防止积屑,提高被加工件表面质量(陶瓷特性): (4)良好的韧性,耐冲击,耐碰撞,可用于冲压模具(金属特性)
(5)良好的热稳定性,部分涂层甚至可以承受1000℃以上的工作温度(陶瓷特性) (6)涂层晶粒极其微小,结构极为紧密,故有良好的耐酸碱腐蚀性能
(7)涂层无毒无害,且环保,可用于医疗器械,人工环节食品加工的刀工具(例如:果汁刀片机)等
(8)可导电,导磁(金属特性)
2、应用中表现出的优点主要有:
(1)刀具,模具的耐磨性大大增强,使用寿命提高3~10倍,甚至更高,使得客户成本大大降低;
(2)减少换刀,修模的时间,提高生产效率;
(3)产品表面质量提高,且不良率下降;
(4)涂层的厚度很薄,仅为3µm左右(0.0003mm),故一般不会影响刀具,模具的尺寸精度。
三、涂层特性表
| 性质 | 优点 | 应用领域 |
TiN 氮化钛 | 颜:金 硬度:2300HV 摩擦系数:0.23VSNI 最高工作温度:580℃ | 减小摩擦力 可低温涂层 避免刀口积屑现象 | 通用性涂层 可广泛应用于切削刀具、五金模具、冲具、塑胶模具以及零组件 |
TiCN 氮碳化钛 | 颜:灰 硬度:3300HV 摩擦系数:0.21VSNI 最高工作温度:450℃ | 表面光滑 高表面温度 避免刀口积屑现象 适合重切削 | 常用于高速钢铣刀(尤其波刃刀)、丝攻、滚刀加工不锈钢、镀锌板等粘性材料的拉伸模具等 |
ALTiN 铝氮化钛 | 颜:紫黑 硬度:3400HV 摩擦系数:0.33VSNI 最高工作温度:800℃ | 高热稳定性 可高速,干式切削 | 常用于硬质合金刀具,也用于高速钢模具 适合不锈钢钻,铣,冲加工,以及高温加工 |
| | 珍珠岩膨胀炉 | |
四、涂层应用推荐表
类别 | 细类 | 工具材料 | 被加工材料 | 推荐涂层 |
优先考虑 | 可选 |
刀具 | 铣刀、丝攻、钻头、锯片、滚刀、拉刀等 | 高速钢 | 普通钢铁 | TiN | TiCN |
不锈钢等 | TiCN | TiN |
铜,镁铝合金 等 | Cro-G® | TiCN |
铣刀、钻头、锯片、舍弃式刀片、丝攻等 | 硬质合金 | 普通钢铁 | ALTiN | TiN |
硬度>50HRC的淬火钢 | Altimax® 白金铝钛 | ALuwa® DLC铝钛 |
铸铁 | TiCN | ALTiN |
不锈钢、钛合金等 | ALTiN | TiCN/TiN |
铜合金、镁铝合金等 | Cro-G® | ALTiN |
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冲压模具 生活垃圾处理器 | 精冲、冲棒、小冲裁模、折弯模 | 高速钢/SKD11 | 普通钢铁 | TiN | TiCN |
不锈钢等 | TiCN | TiN |
铜、镁铝合金等 | Crotac® | TiCN |
拉伸模、冲压模 | 高速钢 硬质合金 | 普通钢铁/不锈钢/镀锌钢板等 | TiCN | TiN |
锌合金、银 | 数据存储安全检测Aluwa® DLC铝钛 | TiCN |
中型冲压、拉伸模具(直径约200左右) | SKD11/高速钢 | 普通钢铁/不锈钢/镀锌钢板等 | Crotac® /TiCN | TiN Ralox® |
大型冲压、拉伸模具(直径约350以上) | SKD11 | 普通钢铁/不锈钢/镀锌钢板等风能路灯 | Ralox® | TiCN/TiN |
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塑胶模具 | / | S136、 SKD61、 NAK80等 | 如PVC(有腐蚀性) | Cro-G® | TiN |
PP、ABS等 | TiN | Cro-G® |
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粉末成型 模具 | / | 硬质合金、 HSS、SKD11 | 有酸性的粉末 | Crotac® | TiN |
无酸性的粉末 | TiN | 紧急呼叫Cro-G® |
零组件 | 活塞环、轴承等 | 碳钢 | / | Cro-G® | Medica® DLC |
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五、对工件的要求
1、材质
(1)一般要求是金属材料,如模具钢、高速钢、硬质合金、不锈钢、铜、铝合金等。
(2) 需要的工件必须能够承受至少200~450℃而不能熔化或碳化,故不能是塑胶、橡胶、纸张、棉麻、木材等材料。
(3)工件要能导电,一般不能是陶瓷、玻璃等。
(1)对钢件热处理回火温度的要求
①回火温度必须高于镀膜温度。因为如果工件回火温度低于镀膜温度,就会导致工件材料硬度下降,下降程度会因具体材料和温度不同而不同,可能会是几度到20度以上(HRC)
②不论回火温度如何,我司在镀膜过程中只能选择比热处理回火温度更低的温度处理,才能保证工件硬度不下降。
③一般的回火温度有:
a.高温:500℃以上
b.中温:350℃左右
c.低温:200℃左右
※注:实际上,热处理厂可以根据不同的材料、不同的要求设计出不同温度参数的回火工艺,并不单纯是上述几个数值。
(2)我司镀膜的温度
①根据不同的要求,我司的镀膜温度可以作三种选择:
a.高温:450℃
b.中温:320℃
c.低温:180℃
②不同的镀膜温度镀的薄膜的特性会有些许差异,用TiN(氮化钛)举例说明:
a.颜:高温镀的就会更金黄、光亮;低温镀的就会相对淡一些。
b.耐磨性:低温镀的相对于高温镀的耐磨性要差一些。
(3)如何选择回火温度
①无论何种材料,选择不同的回火温度所得到的硬度值一般是不一样的。
②如果在硬度、韧性等基本要求都可以满足的情况下,请尽量选择更高的回火温度,以便于我们镀膜处理可以选择更高的温度,以达到更佳的效果。
③并非任何材料都可以选择高温回火,因为有些材料选择高温回火比低温回火得到的硬度值相处很多,甚至可能达到20HRC。
④不同的材料,其热处理特性也是不同的。应如何选择适合的回火温度,最后咨询您的热处理供应商(别忘了将您对工件硬度和需要镀膜的要求告诉他)。
3、工件外形与镀面
(1)工件最大尺寸:
①细长件:长度≤1000mm;
②圆柱形大模具,圆柱面未涂层重点:最大尺寸≤Φ460*1000mm;
③板状大模具,板的一面为涂层重点:最大尺寸≤1000(长)*460(宽)*460(高)mm。
(2)工件上必须有不需要涂层的部位(如柄部、孔、螺纹、台阶等),以便于涂层中用于支撑和固定工件。
(3)对于要求涂层的内孔,要求孔径≥孔深,否则不能保证内孔深处涂层厚度和质量。
(4)为了保证使用重点面的涂层质量,客户须明确告知“使用重点部位”、“可镀可不镀的部位”、“一定不能镀的部位”,最好不要为追求美观而要求全镀。
4、工件表面状况
(1)工件一定要是已经过精加工,完全成型并且是可用的,涂层是所有制作工序中的最后一道工序。
(2)工件一定要做好防锈工作,如涂抹防锈油等。
(3)工件表面不能做渗碳、渗氮、氧化、TD、喷漆、电镀等处理。
5、工件结构
(1)工件上不能有密闭的中空结构,因为密闭的空气受热后膨胀,其压力会引起爆裂。
(2)工件上如果有细长孔、缝隙(如喷水钻的注水孔)等,孔内或缝隙不能阻塞,否则残留的油污等会影响镀膜(同理,塑胶模具试模后,残留的胶料要清理干净)。
(3)镶嵌件,如果可用拆分的,就拆开镀,然后再组合使用;如果不开拆分的,要绝对保证镶嵌内部不能有油污,否则会影响镀膜。
(4)焊接件,要注意两个问题:
①焊接材料能否承受450℃高温而不熔化,一旦熔化,会造成焊接和突出的异常;
②工件的精度是否允许焊接处在承受450℃高温的变形量,否则不宜做涂层。
6、包装
(1)任何工件在交我司做涂层的运输途中,均需要有包装,且包装必须能保证工件的安全。
(2)对于锋利刃具,如铣刀、丝攻、铰刀等,建议采用每只产品之间都有区隔的包装方式。
(3)对于较重的大型件,如果采用快递或货运,一定要有足够强度的包装箱,以保证运输途中不被损伤。
六、PVD涂层与其他表面处理的比较
1、CVD简介(Chemical Vapor Deposition——化学气相沉积)
(1)将各种化学反应物质:如四氯化钛(TiCl4)和甲烷(CH4)等含碳气体(或其它碳氮气体)蒸气等通入反应炉体内,在高温(900~1200℃)状态下,TiCl4中的钛(Ti)和碳氢化合物中的碳(C)在模具表面进行化学反应,从而生成一层金属化合物涂层碳化钛(TiC)。利用不同的反应物,可得到不同的薄膜,如TiN、Ti(CN)、CrC等等。
(2)CVD的优点:
①镀膜与基材的附着性优良;
②复杂的形状都可以处理:如深孔、内管、细缝等。
(3)CVD的优点:
①镀膜温度太高,对基材和反应设备的耐热性要求很高,很多工件难以承受;
②高温使基材尺寸变化和变形严重,故适于精密度高的工件;
③对于要求工件局部镀膜,难以实现;
④活泼性气体源的使用,制程中有爆炸、毒性气体泄漏等隐患,且对环境有污染。
2、TD简介(Thermal Diffusion Coating Process——热扩散法碳化物覆层处理)
(1)在空气炉或盐槽中放入一个耐热的坩埚,将硼砂放入坩埚加热熔化至800~1200℃,然后加入相应的碳化物形成粉末(如钛、钡、铌、铬),再将钢或硬质合金工件放入坩埚中浸渍保温1~2小时,加入元素将扩散至工件表面并与钢中的碳发生反应形成碳化物层(如:VC—碳化钒;CrC—碳化铬),所得到的碳化物层具有很高的硬度和耐磨性。
(2)TD最主要适合于以下铬钢的工件。
国际标准 | 中国 | 日本 | 美国 | 瑞典 |
— | Cr12MoV | SKD11、SLD | D2 | XW—41 |
160CrMoV12 | Cr12Mo1V1 | SKD11 | D2 | XW—42 |
100CrMoV5 | Cr5Mo1V | SKD12 | A2 | XW—10 |
210Cr12 | Cr12 | SKD1 | D3 | XW—5 |
雨棚信号灯 — | — | DC53 | — | — |
| | | | |
(3)TD的优点: