涂層刀具的發(fā)展與應(yīng)用ppt課件

1、涂層刀具的開(kāi)展與運(yùn)用成都工具研討所涂層技術(shù)研發(fā)部高見(jiàn)、曾祥才2021年4月一氣相堆積技術(shù)概述1.1 氣相堆積技術(shù)分類(lèi)近年來(lái)外表工程學(xué)開(kāi)展迅速，新的外表涂層技術(shù)層出不窮，氣相堆積技術(shù)就是其中開(kāi)展最快的新技術(shù)之一。所謂氣相堆積是利用在氣相中物理、化學(xué)反響過(guò)程，在物件外表構(gòu)成具有特種性能的金屬或化合物涂層的方法。氣相堆積技術(shù)包括：化學(xué)氣相堆積Chemical Vapor Deposition；物理氣相堆積Physical Vapor Deposition；等離子體低溫化學(xué)氣相堆積Plasma Chemical Vapor Deposition，簡(jiǎn)稱(chēng)PVCD。圖1示出了各種氣相堆積技術(shù)詳細(xì)分類(lèi)情況。

2、圖1氣相堆積技術(shù)分類(lèi)及工藝方法 1.2 氣相堆積技術(shù)特點(diǎn)氣相堆積技術(shù)之所以在現(xiàn)代工業(yè)中開(kāi)展迅速、運(yùn)用廣泛，是由于它具有非常優(yōu)良的特點(diǎn)。它不僅可以用來(lái)制備各種特殊力學(xué)性能和化學(xué)性能如高硬度、高耐熱、高熱導(dǎo)、高耐蝕、抗氧化等涂層，不僅可以堆積金屬涂層、合金涂層，還可以堆積多種多樣的化合物、非金屬、半導(dǎo)體、陶瓷和塑料涂層?？梢哉f(shuō)，目前采用氣相堆積技術(shù)幾乎能在任何基體物件上，按照各種不同性能要求，堆積出任何資料的涂層，以滿(mǎn)足實(shí)踐運(yùn)用的需求。 不同氣相堆積技術(shù)，也具有不同的工藝特點(diǎn)。屬于熱平衡的CVD工藝技術(shù)，氣體反響源的溫度遠(yuǎn)低于堆積反響溫度。所以在堆積工藝中，很容易改動(dòng)反響源物質(zhì)組份，獲得種類(lèi)繁多的

3、碳化物、氮化物、氧化物、硼化物、硅化物單金屬和合金涂層。CVD涂層厚度和質(zhì)量均勻一致，涂層和基體結(jié)合強(qiáng)度高，尤其對(duì)外形復(fù)雜，面積大的物件更為適宜。CVD配備相對(duì)要簡(jiǎn)單一些，適宜工業(yè)化消費(fèi)。所以在氣相堆積技術(shù)中，CVD不斷占有重要位置。CVD技術(shù)缺陷是被涂層基體要加熱到1000左右高溫，超越了鋼基體資料的回火溫度，再進(jìn)展熱處置，容易產(chǎn)生變形，即使基體為硬質(zhì)合金資料，也會(huì)因高溫等要素使基體外表脫碳，構(gòu)成相，降低了抗彎強(qiáng)度。另外隨著環(huán)保要求的提高，處置CVD排放的有害廢氣，也會(huì)添加消費(fèi)本錢(qián)。所以，為理處理普通高溫CVD的問(wèn)題，近幾年有機(jī)金屬化合物熱分解MTCVD和等離子加強(qiáng)低溫CVD技術(shù)開(kāi)展很快。既

4、具有普通高溫CVD的優(yōu)點(diǎn)，又使堆積溫度降到600以下，獲得了很好的效果。 PVD屬于非熱平衡型。反響源的蒸發(fā)溫度遠(yuǎn)高于基體物件的溫度，堆積溫度普通都在600以下，不會(huì)改動(dòng)基體的力學(xué)性能和尺寸精度。工藝中根本不產(chǎn)生有害廢氣。近年來(lái)，由于PVD技術(shù)和工藝設(shè)備程度的開(kāi)展，加上運(yùn)用靶材種類(lèi)和質(zhì)量的添加，有效提高了涂層和基體的結(jié)合強(qiáng)度，擴(kuò)展了涂層資料的種類(lèi)，使過(guò)去難于運(yùn)用PVD技術(shù)堆積的碳化物、氮化物、氧化物等硬質(zhì)涂層，如今變成了能夠。極大的擴(kuò)展了PVD技術(shù)的運(yùn)用范圍。 表1列出了幾種PVD和CVD技術(shù)特性比較情況。 表1幾種不同PVD和CVD技術(shù)特性比較工藝PVD法CVD法真空蒸鍍陰極濺射離子鍍PCV

5、D一般CVD金屬涂層可以可以可以可以可以合金涂層可以但困難可以可以但困難可以可以高熔點(diǎn)化合物涂層可以但困難可以可以但困難可以可以沉積粒子撞擊能量（eV）0.430100010000.1沉積速率/m.h-10.1750.0120.1500.1200.5200涂層密度較低高高高高涂層孔隙度中小小小較小基體和涂層結(jié)合方式?jīng)]有擴(kuò)散沒(méi)有擴(kuò)散有擴(kuò)散有擴(kuò)散擴(kuò)散冶金相結(jié)合強(qiáng)度一般較好好好很好涂層均勻性不太均勻均勻均勻均勻均勻涂層饒度性不好不好稍好好很好工作壓力/Pa10-210-2110-3110-2100105000或常壓基體溫度/60060060015080015020001.3 氣相堆積技術(shù)運(yùn)用概述資料

6、、能源和信息工程，是現(xiàn)代社會(huì)開(kāi)展的三大支柱產(chǎn)業(yè)。氣相堆積技術(shù)作為促進(jìn)資料科學(xué)開(kāi)展的新興技術(shù)，承當(dāng)非常重要的義務(wù)。氣相堆積技術(shù)消費(fèi)制備的耐磨損、耐熱、耐腐蝕硬質(zhì)涂層；無(wú)油光滑涂層；特殊性能的電學(xué)、光學(xué)功能涂層；裝飾裝修涂層，廣泛用于機(jī)械、電子、航天、航空、能源等重要工業(yè)領(lǐng)域，有效的提高了物件的運(yùn)用壽命。減緩了資料損耗速度，提高了器件的重要性能。所以氣相堆積技術(shù)盡快推行應(yīng)器具有艱苦技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。表2給出了氣相堆積技術(shù)主要運(yùn)用范圍。 表2 氣相堆積技術(shù)主要運(yùn)用范圍應(yīng)用分類(lèi)涂層材料基體材料應(yīng)用范圍高硬度、耐磨損TiN、ZrN、ZfN、TaN、NbN、CrN、NBN、Si3N4、TiC、ZrC、Cr7C

7、3、SiC、Ti(C、N)、Ti(B、N)Ti(Al、N)、-C3N4、金剛石等高速鋼、模具鋼、硬質(zhì)合金、金屬陶瓷等機(jī)械加工工具、模具、機(jī)械零件耐高溫、抗氧化Al、W、Ti、Ta、Mo、Al2O3、Si3N4、Ni-Cr、BN等不銹鋼、耐蝕合金鋼、Mo合金等汽輪機(jī)葉片、排氣管、噴嘴、航空航天器件、原子能工業(yè)耐熱構(gòu)件耐腐蝕TiN、TiC、 Al2O3、Al、Cd、Ti、Cr、 Cr7C3、Ni-Cr、Fe-Ni-Cr-P-B非晶等鋼、不銹鋼、有色金屬等飛機(jī)、輪航、汽車(chē)、化工管道等構(gòu)件、緊固件表面防護(hù)美化裝飾TiN、TiC、 TaN、TaN、 ZrN、Cr7C3、 Al2O3、Al、Ag、Ti、A

8、u、Cu、Ni、Cr、 Ni-Cr等鋼、黃銅、鋁、不銹鋼、塑料、陶瓷、玻璃等首飾、表殼表帶、燈具、眼鏡、五金零件、汽車(chē)配件、電器零件等電子器件導(dǎo)體膜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、合金等薄膜電阻及引線(xiàn)、電子發(fā)射器件、隧道器件等介質(zhì)膜SiO2、 Si3N4、Al2O3、BaTiO3、PbTiO3、ZnO、AlN、LiNbO3等表面鈍化、層間絕緣、電容、電熱線(xiàn)等半導(dǎo)體膜Si、-Si、Au-ZnS、GaAs、CdSe、CdS、PbS、InS

9、b、Ge、Pb-Sn-Te等光電器件、薄膜三極管、發(fā)光管、磁電器件等超導(dǎo)膜Pb-B/Pb-Au、Nb3Ge、V3Si、Pb-In-Au、PbO/In2O3超導(dǎo)器件磁性材料及磁性記錄介質(zhì)-Fe2O3、Co-Ni、Co-Cr、MnBi、GdCo、GdFe、TbFe、Ni-Fe、Co-Zr-Nb非晶膜合金、塑料等磁記錄、磁頭材料、磁阻器件、光盤(pán)磁盤(pán)等顯示器件膜ZnS、Y2O3、Ag、Cu、Al、SiO2、Al2O3、Si3N4等玻璃等熒光顯象管、等離子顯示、液晶顯示光導(dǎo)及光通訊Si3N4、Al、Ag、Au、Cu、TO、ZnO、SnO2、GdFe、TbFe、InAs、InSb、PbS金剛石等塑料、玻璃

10、、陶瓷等保護(hù)、反射 、光開(kāi)關(guān)、光變頻、光記憶等太陽(yáng)能Au-ZnS、Ag-ZnS、CdS-Cu2S、SnO2等光電池、透明導(dǎo)電膜等潤(rùn)滑Au、Ag、Pb、Cu-Ad、Pb-Sn、MoS2、MoSe2、MoTe2、WS2、MbS、MoS2-BN、M2S-石墨、Ag-MoS2等高溫合金、結(jié)構(gòu)合金、軸承鋼等超高真空、高溫、超低溫、無(wú)油潤(rùn)滑條件下工作、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)軸承、人造衛(wèi)星軸承、航天航空高溫旋轉(zhuǎn)器件包裝Cr、Al、Ag、Ni、TiN等紙、塑料、金屬等包裝材料表面金屬化二刀具涂層的開(kāi)展史早在1949年西德金屬組合為了提高工具鋼的耐磨損性能，就采用CVD技術(shù)研討勝利了TiC硬質(zhì)涂層。1962年瑞典Sandv

11、ik公司開(kāi)場(chǎng)研討TiC涂層硬質(zhì)合金刀片，并于1967年獲得勝利。1968年瑞典Sandvik公司和西德Widia公司幾乎同時(shí)在市場(chǎng)上出賣(mài)了他們消費(fèi)的TiC涂層硬質(zhì)合金刀片產(chǎn)品。不久又推出了TiN、TiC-TiN涂層硬質(zhì)合金刀片。到1973年和1980年又相繼研討勝利了性能更好的第二代TiC+Al2O3和第三代TiC+Al2O3+TiN等多種復(fù)合涂層硬質(zhì)合金刀片，刀具切削壽命有了進(jìn)一步的提高。到20世紀(jì)末期，CVD技術(shù)又有了新的開(kāi)展，采用高溫CVDHT-CVD和中溫CVD(MT-CVD)相結(jié)合新的工藝技術(shù)，又開(kāi)發(fā)出了性能更加優(yōu)良的TiN-MT-TiCN-Al2O3-TiN超級(jí)涂層資料。加上金剛石

12、和類(lèi)金剛石、CBN、C3N4等超硬涂層資料的研討勝利，使涂層刀具、模具及其它涂層制品，具有耐磨損、韌度高、化學(xué)穩(wěn)定性能好等優(yōu)良復(fù)合性能。運(yùn)用壽命分別提高了1-10倍，甚至幾十倍，消費(fèi)效率提高了近20倍，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。所以硬質(zhì)涂層資料的開(kāi)展和運(yùn)用，被稱(chēng)為資料科學(xué)領(lǐng)域中的一場(chǎng)新的革命，世界各國(guó)都非常注重，開(kāi)展迅速。我國(guó)從1971年開(kāi)場(chǎng)，對(duì)硬質(zhì)涂層CVD工藝技術(shù)和設(shè)備進(jìn)展了研討，并獲得了很大的進(jìn)展，有些科研成果已到達(dá)了國(guó)外先進(jìn)程度。日前，TiC、TiN、TiBN、Al2O3、金剛石、C3N4等單涂層和復(fù)合涂層氣相堆積技術(shù)和設(shè)備，在我國(guó)正大力推行運(yùn)用，必將對(duì)我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化作出更大的奉獻(xiàn)。三刀具涂層

13、用設(shè)備及其工藝技術(shù)3.1 化學(xué)氣相堆積安裝CVD安裝根本構(gòu)成采用CVD技術(shù)堆積涂層資料種類(lèi)和制備方法很多，因此CVD安裝也有許多類(lèi)型。 圖2示出了負(fù)壓堆積硬質(zhì)涂層的CVD安裝表示圖 安裝由以下幾部份組成：反響氣體流量控制及保送；金屬鹵化物(TiCl4、AlCl3等)蒸發(fā)、制取及保送；加熱爐及溫控；堆積室及盛料舟；堆積室壓力控制；真空及廢氣處置。 CVD安裝主要性能反響氣體流量及保送準(zhǔn)確穩(wěn)定的把各反響氣體送入堆積室，對(duì)獲得高質(zhì)量涂層是非常重要的。氣體流量過(guò)去多采用帶針型調(diào)理閥門(mén)的玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，而如今隨著工業(yè)程度的開(kāi)展，氣體流量又多采用質(zhì)量流量計(jì)，這種流量計(jì)丈量和控制精度高，又帶計(jì)算機(jī)接口，很容

14、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。對(duì)液態(tài)和固態(tài)物質(zhì)源的加熱溫度和載氣流量控制更要嚴(yán)厲，而且由蒸發(fā)器至堆積室的輸氣管路的加熱溫度都應(yīng)堅(jiān)持在蒸發(fā)溫度以上，以防止蒸氣冷凝和結(jié)塊，這樣才干保證一切蒸氣全部送入堆積室中。加熱方式及控制 CVD安裝的加熱方式有電阻加熱、高頻感應(yīng)加熱、紅外線(xiàn)和激光加熱等，這應(yīng)根據(jù)安裝構(gòu)造、涂層種類(lèi)和反響方式進(jìn)展選擇。對(duì)大型消費(fèi)設(shè)備多采用電阻加熱方式。堆積室及構(gòu)造 在設(shè)計(jì)堆積室時(shí)，首先要思索堆積室方式(如立式、臥式等)，制造堆積室資料，堆積室有效窖和盛料混氣構(gòu)造。一個(gè)好的堆積室構(gòu)造，應(yīng)在保證產(chǎn)量的同時(shí)，還要做到： 第一，各組分氣體在堆積室內(nèi)均勻混合； 第二，要保證各個(gè)基體物件都能得到充足的反響

15、氣體； 第三，生成附產(chǎn)物能迅速分開(kāi)基體物件外表。這樣就能使每一件基體和同一件基體的各個(gè)部分，涂層厚度均勻一致，涂層質(zhì)量性能均勻一致。 真空及廢氣處置CVD安裝大多會(huì)產(chǎn)生腐蝕性、有毒性廢氣和粉狀物附產(chǎn)物。這會(huì)對(duì)真空泵和環(huán)境呵斥很大損害。所以在大批量消費(fèi)中，真空機(jī)組多項(xiàng)選擇用水噴泵和液體循環(huán)真空泵，廢氣采用冷阱吸收和堿液中和等手段，去除酸氣和有害粉塵，使尾氣排放到達(dá)環(huán)保要求的規(guī)范。CVD工藝技術(shù) CVD工藝技術(shù)種類(lèi)很多，其中主要適宜硬質(zhì)涂層CVD工藝技術(shù)，按堆積溫度高低可以分為：高溫化學(xué)氣相堆積，堆積溫度900(簡(jiǎn)稱(chēng)HT-CVD)、中溫化學(xué)氣相堆積，堆積溫度700-900(簡(jiǎn)稱(chēng)MT-CVD)和等離

16、子低溫化學(xué)氣相堆積，堆積溫度600(簡(jiǎn)稱(chēng)PCVD)。 HT-CVD硬質(zhì)涂層種類(lèi)和性能采用CVD技術(shù)可以堆積多種單質(zhì)元素及其化合物，見(jiàn)表3所示。表3CVD技術(shù)堆積的元素及其化合物 族元素碳化物氮化物氧化物硼化物硅化物磷化物IIIaaaBB4CBNB2O3B4SiBPAlAlNAl2O3AlPGaGaNGa2OGaPIVaCaSiSiCSi3N4SiO2bTiTiCTiNTiO2TiB2TiSi2TiPbZrZrCZrNZrO2ZrB2ZrSi2ZrPaSnSnO2bHfHfCHfNHfO2HfB2VbVVCVNbNbNbCNbNNb2O3NbB2NbSi2NbPbTaTaCTaNTa2O3TaB

17、2TaSi2VIbCrbMoMo2CMoB2MoSi2bWWCWB2WSi2VIIbFeFe3CFe2NFe2O3Fe2BFe2Si硬質(zhì)涂層主要用于機(jī)械工業(yè)中，如金屬切削工具，冷沖冷擠模具和耐磨損耐腐蝕機(jī)械零部件等。在實(shí)踐運(yùn)用中，特別要求涂層制品要有高硬度(包括高溫硬度)，抵抗磨擦磨損和磨粒磨損，要有好的耐高溫抗氧化性能，抵御高溫時(shí)化學(xué)粘著磨損和抗腐蝕性能，提高涂層制品的運(yùn)用壽命。適宜作硬質(zhì)涂層的金屬化合物種類(lèi)也很多，它們按化學(xué)鍵的特征，普通分為金屬鍵、共價(jià)鍵、離子鍵有三個(gè)類(lèi)型。表4列出了硬質(zhì)涂層資料分類(lèi)，表5給出了各種硬質(zhì)資料的物性。不同金屬碳化物顯微硬度和溫度關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。表4 硬質(zhì)涂層

18、資料分類(lèi) 金 屬 鍵 型共 價(jià) 鍵 型離 子 鍵 型過(guò)渡族金屬的碳化物、氮化物、硼化物等。如：TiC、VC、WC、TiN、TiB2。Al、Si、B的碳化物、氮化物、硼化物及金剛石等。如B4C、SiC、BN、C(金剛石)。Al、Zr、Ti、Be的氧化物等。如：Al2O3、ZrO2、BeO。表5 各種硬質(zhì)資料的物性名稱(chēng) 密度（g/cm3）熔 點(diǎn)（）硬 度(HV或HK）彈性模量E(103kg/mm2)起始氧化溫度（） 導(dǎo)熱率W/(m. )熱膨脹系數(shù)（10-6/）金屬健型硬質(zhì)材料TiB24.503225300057 1300-1500 25.9587.8TiC4.3930672800-320032-4

19、7110016.66-25.008.0-8.6TiN5.402950210030-62 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共價(jià)鍵型硬質(zhì)材料B

20、4C2.5224503000-4000454.5（5.6）CBN3.482970-322750006713603.14.8金剛石3.5238008000-10000936004.871.2-4.5SiC3.2227602600495.3Si3N43.19190017202913000.04-0.062.5AlN3.2622501230365.7離子健型硬質(zhì)材料Al2O33.9820472300-270040穩(wěn)定0.078.4TiO24.2518671100219.0ZrO25.762677120019穩(wěn)定0.004511（7.6）HfO210.229007806.5BeO3.032550150

21、0399.0圖3 不同金屬碳化物顯微硬度和溫度關(guān)系曲線(xiàn)由表5和圖3可以看出，每一種資料的性能都有優(yōu)勢(shì)，也存在缺乏的地方。所以?xún)H用單涂層資料，很難滿(mǎn)足涂層制品綜合性能的需求，這在進(jìn)展涂層資料設(shè)計(jì)時(shí)必需給予注重。HT-CVD工藝技術(shù)化學(xué)反響類(lèi)型及條件目前采用HT-CVD技術(shù)消費(fèi)硬質(zhì)涂層資料主要是各種金屬碳化物、氧化物、硼化物、氮化物等單涂層和的復(fù)合涂層資料。其化學(xué)反響方式及條件如表6所示。表6 典型硬質(zhì)涂層資料化學(xué)反響方式及條件化合物類(lèi)別涂層材料沉積反應(yīng)系統(tǒng)鹵化物氣化溫度（）沉積溫度（）碳化物B4CBCl3-CH4-H2BCl3 -30-01200-1300Cr7C3CrCl3-CxHy-H2Cr

22、Cl3 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 300-3501200-1500HfNHfCl4-N2-H2HfCl4 280-3501100-

23、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-H2TiCl4 20-80900-1200BCl3 -30-0硅化物TiSiTiCl4-SiCl

24、4-H2TiCl4 20-80800-1200SiCl4 -40-20ZrSiZrCl4-SiCl4-H2ZrCl4 300-350800-1000SiCl4 -40-20VSiVCl4-SiCl4-H2VCl4 50-100900-1100SiCl4 -40-20主要工藝參數(shù)對(duì)硬質(zhì)涂層質(zhì)量的影響如前所述，CVD過(guò)程是這樣進(jìn)展的：在接近高溫區(qū)，各反響氣體熱分解，接著在高溫基體外表吸附、解吸、相互間反響，最后是固相生成物與基體外表之間的原子分散而構(gòu)成涂層。可見(jiàn)影響涂層質(zhì)量的主要工藝參數(shù)是：堆積溫度、堆積室壓力、各反響氣體分壓(配比)及涂層和基體之間構(gòu)成的界面情況。 1. 堆積溫度堆積溫度是影響堆

25、積工藝和涂層質(zhì)量的重要參數(shù)。按照熱力學(xué)計(jì)算，前述幾種主要硬質(zhì)涂層資料，只需當(dāng)堆積溫度大于1198K(925)時(shí)，反響的自在能為負(fù)值，堆積反響才會(huì)向生成物方向進(jìn)展。但為了到達(dá)一定的堆積速率，實(shí)踐堆積溫度要比起始反響溫度高。圖2-5給出了部份金屬化合物反響自在能曲線(xiàn)。 圖4 部份金屬化合物反響自在能曲線(xiàn)研討闡明，隨著堆積溫度的升高，HT-CVD反響速度加快，涂層堆積速率(um/h)提高，二者近似呈線(xiàn)性關(guān)系。圖5給出了堆積溫度對(duì)TiC、TiN、TiCN涂層堆積速率影響曲線(xiàn)。 圖5TiC、TiN、TiCN涂層堆積溫度對(duì)堆積速率的影響對(duì)在不同溫度下堆積的涂層組織構(gòu)造分析闡明，堆積溫度過(guò)高，堆積速率過(guò)快，

26、會(huì)呵斥涂層組織疏松、晶粒粗大甚至?xí)霈F(xiàn)枝狀結(jié)晶。圖6示出了不同溫度下TiC涂層組織構(gòu)造。圖6不同溫度下TiC涂層組織構(gòu)造a.950 b.1020 c.1100 反之，堆積溫度過(guò)低，堆積速率很慢，甚至?xí)霈F(xiàn)金屬鹵化物分解成單質(zhì)金屬的速度大于反響生成物的生長(zhǎng)速度，堆積涂層會(huì)呈多孔狀，且與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度低，這些都會(huì)嚴(yán)重影響硬質(zhì)涂層制品的性能和質(zhì)量。另外，在堆積Al2O3涂層時(shí)，堆積溫度的選擇更加重要，由于，隨著堆積溫度的不同，Al2O3會(huì)呈現(xiàn)不同的結(jié)晶相，如、-Al2O3等，其中只需-Al2O3是熱力學(xué)穩(wěn)定構(gòu)造，更適宜做耐磨損耐腐蝕涂層。但在實(shí)踐情況下，往往由于工藝條件的變化(堆積溫度及反響氣體

27、配比)，涂層大多由、-Al2O3混合物組成，導(dǎo)致不均勻的涂層構(gòu)造，降低了涂層制品的性能。經(jīng)過(guò)嚴(yán)厲控制工藝參數(shù)，可以得到純粹的-Al2O3，并能控制其晶體生長(zhǎng)方向呈柱形組織。這種-Al2O3涂層能順應(yīng)于各種機(jī)械負(fù)荷，提高其抗磨損、抗高溫氧化性能。圖7示出了-Al2O3和-Al2O3涂層硬質(zhì)合金刀片切削性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖7-Al2O3和-Al2O3涂層硬質(zhì)合金刀片切削性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果2. 反響室壓力雖然大部分硬質(zhì)涂層資料在常壓下也能采用HT-CVD技術(shù)獲得，但在實(shí)踐消費(fèi)中，大多均采用負(fù)壓堆積工藝。在負(fù)壓下，氣體分子之間間隔增大，在氣體濃度不變的情況下，提高了堆積效率。另外，負(fù)壓堆積時(shí)，可使反響生成物的廢

28、氣盡快排除，有利于化學(xué)反響順利進(jìn)展，減少對(duì)涂層的污染。這點(diǎn)對(duì)于大批量消費(fèi)中獲得組織致密、均勻一致、性能穩(wěn)定可靠的高質(zhì)量涂層資料，是非常重要的。 3. 各反響氣體分壓(配比) 由表2-5可以看出，采用HT-CVD技術(shù)，經(jīng)過(guò)改動(dòng)參與化學(xué)反響的反響源氣體組份，就能很方便地獲得各種碳化物、氮化物、氧化物、硼化物等硬質(zhì)涂層資料。涂層資料不同，其性能也不同。即使是同一種涂層資料，當(dāng)用不同流量配比時(shí)，所獲得的涂層資料成份和性能也不同。所以堆積過(guò)程中選擇最正確反響源氣體流量配比，特別是嚴(yán)厲控制TiCl4、BCl3、AlCl3等金屬鹵化物的流量，對(duì)消費(fèi)高性能涂層制品是至關(guān)重要的。 含碳?xì)怏w：在堆積TiC時(shí)，當(dāng)氣

29、氛中碳、氫氣配比不同時(shí)，可以得到不同Ti-C原子比的TiC涂層Ti / C 0.51。當(dāng)TiC涂層成份中Ti / C = 1時(shí)，經(jīng)計(jì)算含C量最高到達(dá)20.05 %，具有高的顯微硬度和耐磨損性能。類(lèi)似景象在堆積其它資料時(shí)也會(huì)產(chǎn)生。圖8示出了Ti/C原子比和涂層顯微硬度的關(guān)系。圖9示出了TiCN涂層中C/N原子比和刀具磨損關(guān)系曲線(xiàn)。圖8 TiC涂層中Ti/C原子比和顯微硬度關(guān)系 圖9TiCN涂層中C/N原子比和刀具磨損關(guān)系曲線(xiàn) 氫氣：在堆積各種涂層資料時(shí)，反響源氣體組份中都要參與氫氣。但對(duì)絕大多數(shù)硬質(zhì)涂層資料堆積過(guò)程而言，氫氣是不直接參與化學(xué)反響的，其主要作用如下： a、作為復(fù)原氣氛存在，防止加熱

30、過(guò)程中基體氧化。 b、作為金屬鹵化物 (TiCl4、BCl3等) 的運(yùn)載氣體，控制金屬鹵化物蒸發(fā)量。 c、妨礙碳?xì)錃怏w過(guò)早分解，臟化基體外表。 d、沖淡反響過(guò)程中產(chǎn)生的氯化氫氣體濃度，以免對(duì)基體資料腐蝕和殘留在涂層資料之中。 雖然氫氣不直接參與化學(xué)反響，但它的分壓(流量)大小會(huì)影響其它反響氣體的濃度，同樣會(huì)對(duì)堆積速率和涂層組織構(gòu)造、質(zhì)量產(chǎn)生很大影響，所以控制合理的氫氣分壓,在HT-CVD技術(shù)中也是很重要的。 4. 涂層和基體界面硬質(zhì)涂層資料，大多用于金屬切削工具(硬質(zhì)合金、高速鋼、工具鋼等)，模具(硬質(zhì)合金、高速鋼、模具鋼等)和耐磨損、耐腐蝕零件等制品。經(jīng)過(guò)對(duì)涂層制品斷口金相和電子探針微區(qū)元素

31、分布分析得知，在HT-CVD工藝過(guò)程中，假設(shè)不采取特殊工藝措施，在基體和涂層界面元素會(huì)產(chǎn)生分散景象，構(gòu)成一個(gè)過(guò)渡層。在過(guò)渡層內(nèi)各元素分散速度是不一樣的，這與元素的活性和所組成相的化學(xué)穩(wěn)定性有關(guān)。過(guò)渡層厚度、性能和硬質(zhì)涂層制品的性能關(guān)系很大，必需嚴(yán)厲控制。以在硬質(zhì)合金工具、模具基體上堆積TiC、TiCN硬質(zhì)資料為例，經(jīng)測(cè)試分析，在涂層界面基體一側(cè)，都程度不同的存在一層脫碳層(相，W3Co3C，見(jiàn)圖10)圖10 涂層和基體界面相層雖然是很薄的相層(0.2um)，對(duì)提高涂層和基體之間的結(jié)合強(qiáng)度有利。但由于脫碳層硬度高、脆性大，能大幅度的降低涂層制品的抗彎強(qiáng)度和韌度，影響涂層制品的運(yùn)用性能，應(yīng)盡量減少

32、，直至消除。研討闡明，基體和涂層界面構(gòu)成脫碳層主要有以下幾方面的緣由： . 在堆積前的加熱升溫過(guò)程中，引起基體外表脫碳。當(dāng)基體溫度到達(dá)600以上，氣氛中有氫氣存在時(shí)，會(huì)產(chǎn)生以下反響：3WC(s) + 3Co(s) + 4H2(g) W3Co3C(s) + 2CH4(g) 假設(shè)氣氛中有微量氧氣和微量水份存在，將會(huì)加劇這一反響。因此，堆積前升溫速度愈慢，堆積溫度愈高，脫碳層愈厚。 在堆積過(guò)程中，因溫度較高 (普通900-1050)，基體中碳的活性較大，容易從固相基體中分散出來(lái)，而與堆積氣氛中的鈦進(jìn)展化學(xué)反響，生成碳化鈦，而使基體外表脫碳構(gòu)成相。 2TiCl4(g) + 3WC(s) + 3Co(s

33、) + 4H2(g) 2TiC(s) + W3Co3C(s) + 8HCl(g) 因此，當(dāng)氣氛中碳?xì)錃夥諠舛容^高時(shí)，基體外表脫碳層厚度也會(huì)減少一些。. 在堆積碳化鈦涂層時(shí)，其Ti - C原子比的范圍較寬 (0.5 1 )，對(duì)Ti - C原子比較低的TiC結(jié)晶，在高溫條件下，隨著堆積時(shí)間的添加，也可以從固相基體外表奪取碳元素，使基體外表脫碳，構(gòu)成相。可見(jiàn)，當(dāng)堆積時(shí)間愈長(zhǎng)，涂層愈厚時(shí)，基體外表脫碳的情況也愈嚴(yán)重。 要想減少和消除相，提高涂層制品抗彎強(qiáng)度和韌度，除了采用特殊防脫碳的基體資料外，在工藝技術(shù)中應(yīng)盡是加快加熱升溫速度，通入適量的CH4氣體，降低堆積溫度、減少涂層厚度都可以抑制相的生成。另外

34、，在堆積復(fù)合涂層資料時(shí)，先堆積很薄一層(如1um)穩(wěn)定性好的TiN，再堆積其它涂層資料，也能防止相的構(gòu)成。圖11示出了TiN涂層抑制相形效果果。 圖11 TiN涂層能抑制相的構(gòu)成 HT-CVD技術(shù)普通工藝過(guò)程(1) 工件堆積前處置 1) 工件清洗：普通工件外表都有油污、氧化物、粉塵等臟物。所以必需經(jīng)過(guò)嚴(yán)厲清洗干凈才干進(jìn)展涂層處置。對(duì)于外表氧化和污物嚴(yán)重，不易清洗干凈的工件，還要先噴細(xì)砂再清洗。工件普通都采用超聲波清洗設(shè)備來(lái)清洗。工藝過(guò)程如下： 去污漬清洗 清水漂洗 去氧化物清洗 清水漂洗 加活性劑清洗 去離子水漂洗 脫水對(duì)于不同的零件，可按詳細(xì)要求采用不同的清洗工藝如各種清洗劑用量、溫度、清洗

35、時(shí)間等。清洗后的工件不得用手直接觸動(dòng)，放在清潔的容器中備用。 2) 強(qiáng)化處置： 對(duì)于硬質(zhì)合金刀具等涂層制品，在清洗前還要進(jìn)展刃口強(qiáng)化處置，這對(duì)提高涂層硬質(zhì)合金刀具運(yùn)用性能很重要。 刀具刃口由鋒利強(qiáng)化為適當(dāng)?shù)膱A弧，不僅能提高刃口強(qiáng)度，提高涂層刀具抗崩刃性能，還能防止在堆積時(shí)產(chǎn)生涂層尖端堆積效應(yīng)，使涂層厚度均勻一致。 提高刀具外表光潔度，加強(qiáng)涂層和基體的結(jié)合強(qiáng)度。 基體刀具在加工制造時(shí)，刃口會(huì)呵斥微小缺陷，經(jīng)強(qiáng)化處置后，就可以去掉這些微小缺陷，提高刃口質(zhì)量。 改善刀具加工后應(yīng)力形狀，有利于提高刀具的切削加工性能。(2) 裝爐裝爐前先將清洗好的工件，按工藝要求擺放在盛料舟上，工件之間間隔按其大小和外

36、形不同而變化，以保證堆積時(shí)氣流暢通，分布均勻。堆積室清掃干凈后，按次序放好分氣板和預(yù)熱層，然后把裝滿(mǎn)工件的盛料舟擺放在堆積室有效恒溫區(qū)內(nèi)。假設(shè)需求，可在有效恒溫區(qū)的不同位置放置預(yù)備好的試樣，并做好記錄，以備檢查涂層質(zhì)量和性能。清洗密封面，罩上堆積室，上好壓緊卡子，裝爐完。(3) 檢漏涂層設(shè)備系統(tǒng)的本底真空度好壞，對(duì)涂層制質(zhì)量量影響很大，所以在消費(fèi)中應(yīng)予以注重。檢測(cè)涂層設(shè)備系統(tǒng)密封性能的好壞方法是：把設(shè)備本底真空度抽到100Pa以下，封鎖整個(gè)系統(tǒng)并停頓排氣。假設(shè)在2分鐘內(nèi)，系統(tǒng)漏氣率不超越40Pa，普通以為涂層設(shè)備系統(tǒng)密封性能較好，可以滿(mǎn)足CVD工藝要求。(4) 加熱升溫 1) 堆積室加熱升溫：

37、檢漏合格后，用H2將設(shè)備系統(tǒng)恢復(fù)常壓，然后把加熱爐罩到堆積室上加熱升溫，并按工藝要求設(shè)定所需堆積溫度。升溫過(guò)程中通入H2，當(dāng)堆積室內(nèi)溫度升到600時(shí)，再通入適量碳?xì)錃馊鏑H4，減少基體外表脫碳。關(guān)于升溫速度，在工件允許的情況下，應(yīng)盡能夠快速升溫，既能減少基體外表脫碳，又能縮短消費(fèi)周期，降低消費(fèi)本錢(qián)。 2) 反響源及保送管路加熱升溫HT-CVD技術(shù)，除了運(yùn)用氣體原料，還有液體如TiCl4、BCl3、固體如AlCl3等反響源，需求加熱至不同溫度蒸發(fā)和升華。這些反響源的加熱溫度要控制準(zhǔn)確，才干保證按工藝要求準(zhǔn)確、恒量的送人堆積室內(nèi)，參與化學(xué)反響。要保證上述反響源蒸發(fā)和升華的氣體全部送入堆積室內(nèi)，不在

38、輸氣管路中冷凝和結(jié)塊，就要對(duì)相關(guān)輸氣管路進(jìn)展加熱，普通管路加熱溫度均高于反響源加熱溫度。 (5) 堆積當(dāng)堆積室加熱溫度穩(wěn)定到達(dá)工藝要求后，即可開(kāi)場(chǎng)堆積工序。不同涂層資料其堆積工藝是不同的。堆積溫度、堆積室壓力、輸入反響氣體種類(lèi)、流量和堆積時(shí)間長(zhǎng)短都有變化，必需按工藝規(guī)程嚴(yán)厲控制。 (6) 冷卻 (7) 檢查、包裝中溫化學(xué)氣相堆積MT-CVD)技術(shù)MT-CVD硬質(zhì)涂層工藝技術(shù)，在二十世紀(jì)八十年代中期就已問(wèn)世，但在當(dāng)時(shí)并沒(méi)有引起人們的注重，直到二十世紀(jì)九十年代中期，世界上主要硬質(zhì)合金工具消費(fèi)公司，利用HT-CVD和MT-CVD技術(shù)相結(jié)合，研討開(kāi)發(fā)出新型的高性能涂層資料，有效地處理了在高速、高效切削

39、、高強(qiáng)度合金鋼重切削、干切削等機(jī)械加工領(lǐng)域中，刀具運(yùn)用壽命低的難題，才引起了廣泛的注重，并得到了迅速的開(kāi)展和推行運(yùn)用。國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展CVD技術(shù)研討的成都工具研討所，近幾年也開(kāi)展了MT-CVD工藝技術(shù)及超級(jí)涂層資料的研討任務(wù)，并獲得勝利。目前，已在涂層硬質(zhì)合金刀具行業(yè)投入消費(fèi)運(yùn)用，效果非常顯著。 MT-CVD反響機(jī)理所謂MT-CVD技術(shù)，是以含C-N原子團(tuán)的有機(jī)化合物，如：CH3CN乙腈、(CH3)3N三甲基氨、CH3(NH)2CH3甲基亞胺、HCN氫氰酸等為主要反響原料氣體，和TiCl4、H2、N2等氣體在700-900溫度下，產(chǎn)生分解、化合反響，生成TiC.N的一種新方法。根本堆積反響類(lèi)型的方

40、程式如下：TiCl4+CH3CN+H2+N2TiC.N+CH4+HClTiCl4+(CH3)3N+H2+N2Ti(C.N)+CH3Cl+HClTiCl4+CH3(NH)2CH3+H2+N2Ti(C.N)+HCl TiCl4+HCN+H2+N2Ti(C.N)+HClMT-CVD技術(shù)制取的Ti(C.N)和HT-CVD技術(shù)制取的Ti(C.N)相比，前者涂層組織構(gòu)造致密、厚度可達(dá)10微米以上，并呈柱狀結(jié)晶，涂層中殘存的應(yīng)力也小。這種硬質(zhì)涂層資料具有更高的抗磨損性能、抗熱震性能和較高的韌性。這對(duì)提高在高速重切削、干切削等惡劣條件下運(yùn)用的機(jī)械加工刀具壽命是非常重要的。1含C/N有機(jī)化合物的選用 如前所述，

41、在MT-CVD技術(shù)中，常用的幾種含C/N有機(jī)化合物有：CH3CH乙腈，CH33NH三甲基胺，CH3(NH)2CH3甲基亞胺和HCN氫氰酸。它們的活化能和生成TiCN的自在能大小如圖12和圖 13所示。 圖12幾種含C/N氣體在750-850時(shí)的活化能圖13幾種反響氣體在構(gòu)成TiN時(shí)的生成自在能研討以為，這幾種含C-N有機(jī)化合物都能在550以上與TiCl4、H2反響生成Ti(C.N)，但其中CH3CN在生成Ti(C.N)反響中產(chǎn)生的副產(chǎn)物少，對(duì)涂層性能有利，再加上其運(yùn)用性能好、毒性相對(duì)小等優(yōu)點(diǎn)，所以在MT-CVD技術(shù)中，普通均采用CH3CN作為反響氣體。表 7列出了CH3CN的主要物性。表 7C

42、H3CN的主要物理性能 物理性能數(shù)值分 子 量41.05密度/gcm-30.7828熔 點(diǎn) /-44.9沸 點(diǎn) /81.6在水中溶解度在有機(jī)溶劑中溶解度乙醇和乙醚24時(shí)蒸氣壓11.53KPa低溫化學(xué)氣相堆積技術(shù)目前，CVD和PVD技術(shù)開(kāi)展迅速，在很多領(lǐng)域都能大幅度的提高涂層制品的運(yùn)用性能。但因各自的工藝特點(diǎn)，也有其局限性。低溫化學(xué)氣相堆積技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)PCVD，是作為CVD和PVD技術(shù)補(bǔ)充而開(kāi)展起來(lái)的。PCVD技術(shù)堆積溫度500，拓寬了基體資料適用范圍，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、工件變形小、繞鍍性能好、涂層均勻、調(diào)整成分方便等優(yōu)點(diǎn)。既抑制了HT-CVD技術(shù)堆積溫度高，對(duì)基體資料要求嚴(yán)的缺陷，又防止了PVD技術(shù)繞

43、鍍性差、設(shè)備復(fù)雜的問(wèn)題，是一種具有很大開(kāi)展前景和運(yùn)用價(jià)值的新型涂層工藝技術(shù)。低溫化學(xué)氣相堆積技術(shù)機(jī)理 1低溫化學(xué)氣相堆積技術(shù)類(lèi)型低溫化學(xué)氣相堆積技術(shù)種類(lèi)很多，如等離子加強(qiáng)化學(xué)氣相堆積、金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相堆積、光化學(xué)氣相堆積等。目前，堆積硬質(zhì)涂層資料均運(yùn)用等離子加強(qiáng)化學(xué)氣相堆積技術(shù)。和高溫化學(xué)氣相沉技術(shù)不同，等離子加強(qiáng)化學(xué)氣相堆積，是在堆積室內(nèi)建立高壓電場(chǎng)，反響氣體在壓力和高壓電場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生輝光放電，反響氣體被激發(fā)成非?；顫姷姆肿?、原子、離子和原子團(tuán)構(gòu)成的等離子體，大大降低了堆積反響溫度，加速了化學(xué)反響過(guò)程，提高了堆積速率。以堆積TiN涂層為例，向具有一定溫度和壓力的堆積室內(nèi)，通入TiC

44、l4、N2、H2、Ar等反響氣體，在高壓電場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生低氣壓氣體輝光放電，構(gòu)成低溫等離子體物理場(chǎng)，高能電子激活反響氣體，構(gòu)成Ti、N2活性離子或自在基，在500左右溫度下，即可在基體外表構(gòu)成TiN涂層。為了保證被處置零件受熱均勻一致、保證涂層質(zhì)量和均勻性，普通同時(shí)對(duì)堆積室進(jìn)展外熱式加熱。PCVD設(shè)備原理簡(jiǎn)圖和外觀(guān)照片如圖14、圖15所示。 圖14PCVD設(shè)備原理圖圖15PCVD設(shè)備照片(奧地利呂貝格公司制造)物理氣相堆積技術(shù) 1.物理氣相堆積概述物理氣相堆積的英文稱(chēng)號(hào)為Physical Vapour Deposition, 簡(jiǎn)稱(chēng)PVD。物理氣相堆積定義：物理氣相堆積是一種物理氣相反響生長(zhǎng)法

45、。堆積過(guò)程是在真空和氣體放電條件下，即在低氣壓等離子體中進(jìn)展的。涂層反響源物質(zhì)是固態(tài)物質(zhì)，經(jīng)過(guò)“蒸發(fā)或?yàn)R射后，與通入的反響氣體經(jīng)過(guò)“電離、復(fù)合和反響堆積等物理過(guò)程，在零件外表生成新的固態(tài)物質(zhì)堆積在工件外表，構(gòu)成均勻一致的硬質(zhì)涂層和它們的復(fù)合涂層。由于堆積反響時(shí)源物質(zhì)被電離成離子或高能中性粒子。提高了反響堆積粒子的活性，降低了反響堆積的溫度。經(jīng)過(guò)選擇不同的放電技術(shù)、控制氣體放電條件、反響氣體組成和堆積氣壓、工件溫度等工藝參數(shù)，可以控制涂層的組織構(gòu)造和成分，從而獲得性能優(yōu)良的涂層。 2. 物理氣相堆積分類(lèi)根據(jù)物理氣相堆積的工藝特點(diǎn)，PVD分為真空蒸發(fā)鍍、離子鍍、磁控濺射鍍。其涂層所閱歷的放電過(guò)程有

46、輝光放電過(guò)程、熱弧光放電過(guò)程、冷弧光放電過(guò)程。現(xiàn)將與堆積硬質(zhì)涂層相關(guān)的PVD技術(shù)的詳細(xì)分類(lèi)和放電方式、工藝特點(diǎn)列入表8中。表8 與堆積硬質(zhì)涂層相關(guān)的PVD技術(shù)分類(lèi) 分 類(lèi)名 稱(chēng)氣體放電方式工件偏壓（V）工作氣壓（Pa）金屬離化率 （%） 真 空蒸發(fā)鍍 電阻蒸發(fā)鍍 電子槍蒸發(fā)電鍍 0 010-310-410-310-400離子鍍 活性反應(yīng)離子鍍 空心陰極離子鍍 熱絲陰極離子鍍 陰極電弧離子鍍 輝 光 放 電 熱 弧 光 放 電 熱 弧 光 放 電 冷場(chǎng)致弧光放電 103 50 100100 120 50 20010-110-210-110-210-110-210-110-2 5 - 1520 4

47、020 4060 90磁 控濺射鍍 平衡靶磁控濺射 非平衡靶磁控濺射柱靶三極磁控濺射 射 頻 濺 射 輝 光 放 電 輝光放電+ 脈沖輝光放電+熱電子 射 頻 放 電100 200100 200100 200010-110-210-110-210-110-210-110-2 5 10 15 30 10 20 10 15 3 物理氣相堆積的物理根底簡(jiǎn)介物理氣相堆積是在輝光放電、熱弧光放電、冷場(chǎng)致弧光放電產(chǎn)生的低氣壓等離子體中進(jìn)展的。為了便于資料學(xué)科的科技人員合理地運(yùn)用涂層制品、合理地選用氣相堆積設(shè)備和正確進(jìn)展涂層操作。1) 真空物理根底 (1)真空的根本概念“真空是相對(duì)的，而不是絕對(duì)的，是相對(duì)于

48、規(guī)范大氣壓而言。在規(guī)范大氣壓下，0時(shí)，1規(guī)范大氣壓，每立方厘米有2.687 10 19個(gè)氣體分子，而在超高真空極限10-11-10-12Pa壓強(qiáng)下，每立方厘米中仍有33 - 330個(gè)氣體分子，可見(jiàn)“真空并不空。 (2) 真空度丈量單位真空容器內(nèi)的氣體分子時(shí)辰對(duì)器壁進(jìn)展大量的、無(wú)規(guī)律的彈性碰撞，即產(chǎn)生氣體壓強(qiáng)。氣體壓強(qiáng)在規(guī)范形狀下和氣體分子密度有關(guān)，因此，用測(cè)定氣體壓強(qiáng)的方法表征容器內(nèi)的“真空度。法定計(jì)量單位為帕斯卡，用 “Pa“表示。 Pa“ 與過(guò)去常用的真空度計(jì)量單位的換算關(guān)系列入表9中。普通將真空的程度劃分為四個(gè)等級(jí)： 粗真空： 1.013105 1.013104 Pa 低真空： 1.01

49、3104 10.13 Pa 高真空： 1.013 1.01310-3 Pa 超高真空： 1.01310-3 1.01310-7 Pa 表9 壓強(qiáng)單位換算表 帕（Pa） 托（Toor） 微 巴（bar) 物理大氣壓（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物理大氣壓1.013105760.001.01310613在真空中理想氣體的一些特性 1) 同種氣體，在一樣的容器中，其氣體壓強(qiáng)與溫度和所含氣體分子數(shù)成正比。 2) 在容器中，對(duì)于混合氣體的總

50、壓強(qiáng)，等于分壓強(qiáng)之和即 P = P1 + P2 + P3 + + Pi + 3) 在容器中，氣體分子間及氣體分子與電子間必然會(huì)發(fā)生碰撞。氣體分子越多，氣體壓強(qiáng)P越大，碰撞次數(shù)Z越多，即Z P, 兩次碰撞所經(jīng)過(guò)的路程越短。在25的空氣中，其 = 510-3 /P cmP的單位為T(mén)orr。 4) 在容器中碰撞到外表的氣體分子都被外表吸附，分為物理吸附和化學(xué)吸附兩類(lèi)。吸附的同時(shí)放出熱量。兩類(lèi)吸附熱的差別很大。相反的過(guò)程叫解析，是吸熱過(guò)程。物理吸附熱小，化學(xué)吸附熱大。在金屬上化學(xué)吸附的氣體分子需求加熱才干“解析，如要排除吸附的氧氣，有的需求加熱到數(shù)百。 5) 金屬被加熱成液體后，外表分子抑制附近分子的

51、引力，脫離液面飛到空間去的景象稱(chēng)“蒸發(fā)。相反，氣體液化成為“凝結(jié)。在一定溫度下，在一密閉空間中單位時(shí)間蒸發(fā)的量等于凝結(jié)的量時(shí)，到達(dá)平衡形狀。此時(shí)的氣壓稱(chēng)該溫度下的飽和蒸汽壓。飽和蒸汽壓和溫度的倒數(shù)呈指數(shù)關(guān)系。真空度越高，金屬的蒸發(fā)溫度越低。鈦在大氣壓條件下的熔化溫度為1690 ，而在10-3 Pa時(shí)可以在1327蒸發(fā)為金屬蒸汽。硬質(zhì)涂層的運(yùn)用技術(shù)刀具在切削過(guò)程中接受多種磨損，如粘著磨損、塑性變形磨損、刃帶側(cè)面磨損和機(jī)械疲勞、熱疲勞等。硬質(zhì)涂層可以提高工模具外表的硬度和化學(xué)穩(wěn)定性、提高耐磨損性能和降低摩擦系數(shù)等。假設(shè)能根據(jù)詳細(xì)運(yùn)用條件，被加工資料特性，失效機(jī)理，合理地選用涂層種類(lèi)和基體資料，制定合理的切削工藝，將會(huì)獲得事半功倍的效果。四 硬質(zhì)涂層工具、模具運(yùn)用舉例目前各種硬質(zhì)涂層刀具、模具在機(jī)械加工領(lǐng)域中運(yùn)用越來(lái)越廣泛，獲得了非常顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。以涂層硬質(zhì)合金石油管螺紋梳刀為例。隨著鉆探技術(shù)的開(kāi)展，開(kāi)采石油鉆井深度在4000-5000米以上越來(lái)越多，井下壓力達(dá)40-50 MPa。這就要求鉆桿和輸油管必需采用抗拉強(qiáng)度在800N/mm2以上的高強(qiáng)度、高剛性、高合金鋼控制造。這種資料硬度高、粘性大、加工非常困難。特別是鋼管之間的銜接螺紋，