pvd在汽車工業(yè)的應(yīng)用課件

PVD/PACVD在汽車工業(yè)的應(yīng)用硬質(zhì)膜耐磨涂層的材料體系PVD涂層方法涂層在汽車另件的應(yīng)用汽車刀具涂層的應(yīng)用硬質(zhì)膜耐磨涂層的材料體系第一代硬質(zhì)膜耐磨涂層材料：TiC，TiN?

采用CVD產(chǎn)業(yè)化時(shí)間開始于1968年，由瑞典山德維克公司應(yīng)用于硬質(zhì)合金刀片。?

化學(xué)氣相沉積的化學(xué)反應(yīng)完全，

強(qiáng)度高，特別適合于刀具涂層這類高

接觸應(yīng)力工作條件。繞鍍性能，裝載量大，生產(chǎn)成本低，設(shè)備結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，有利于減少投資。?

但CVD法的硬質(zhì)膜要在高溫下才能合成，沉積溫度高（900-1100℃）易造成刀具材料抗彎強(qiáng)度的下降，因此基材僅限于硬質(zhì)合金，應(yīng)用面太窄。并且采用氯化物作物料源，不利于環(huán)保；涂層內(nèi)部為拉應(yīng)力狀態(tài)，使用中易導(dǎo)致微裂紋的產(chǎn)生。?

·在80年代中期，美國(guó)多弧公司購(gòu)買前蘇聯(lián)（俄國(guó)）電弧離子鍍（AIP）專利，經(jīng)改進(jìn)后，發(fā)展成為全世界氮化鈦鍍層的主流生產(chǎn)設(shè)備。?

電弧離子鍍（AIP）是物理氣相沉積工藝方法（PVD）的一種，具有沉積溫度低（<550℃），比CVD有大幅度下降，能形成牢固膜基結(jié)合起來，生成致密的膜層，能形成高鍵能化合物，對(duì)刀具材料的抗彎強(qiáng)度沒有影響，涂層內(nèi)部為壓應(yīng)力，更適用于高速鋼刀具耐磨涂層，為數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化生產(chǎn)在80年代的普及起了關(guān)鍵性的作用。第二代硬質(zhì)膜耐磨涂層材料：Ti-N系化合物硬質(zhì)膜?

a

單組元氮化物：TiN，CrN，ZrN，TaN，HfN?

b單組元碳化物：TiC?

c雙組元化合物：（Ti，Al）N?

D復(fù)合化合物：Ti（C，N）?

產(chǎn)業(yè)化時(shí)間在90年代初期第三代硬質(zhì)膜耐磨涂層材料Ti-N系化合物多層硬質(zhì)膜?

a

TiN/Ti（C，N）?

b

TiN/（Ti，Al）N?

c

TiN/CrN?

d

Ti（C，N）/（Ti，Al）N?

e

Ti/TiN?PVD產(chǎn)業(yè)化時(shí)間在90年代中期，這是由于為滿足涂層由單一鍍層向復(fù)合鍍層發(fā)展，擴(kuò)大鍍層功能，改善鍍層結(jié)合力等性能要求，先進(jìn)的涂層工藝，沉積設(shè)備，試驗(yàn)設(shè)備的開發(fā)和應(yīng)用在國(guó)外發(fā)展迅速，除真空蒸鍍（evaporation），熱陰極等離子弧鍍，多弧離子鍍（電弧離子鍍AIP及完善化的電弧離子鍍PBAIP——脈沖偏沖電弧離子鍍）外，還有采用計(jì)算

機(jī)控制，平衡或非平衡磁控系統(tǒng)的濺射鍍（

Sputtering

），

使鍍膜技術(shù)形成了世界范圍的產(chǎn)業(yè)，有力地推進(jìn)了自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床的普及。第四代硬質(zhì)膜耐磨涂層材料?

a

碳質(zhì)潤(rùn)滑膜?

1）類金剛石膜（DLC）?

2）CNx膜（Hv2000-3000）?

3）多層復(fù)合膜?

b

納米多層復(fù)合耐磨涂層?

這些是21世紀(jì)耐磨涂層產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的新方向，納米多層復(fù)合硬質(zhì)膜先進(jìn)耐磨涂層廣泛用于切削刀具，并推廣應(yīng)用到大型模具和汽車、摩托車等機(jī)械零部件，滿足納米電子學(xué)、信息微機(jī)械等高技術(shù)領(lǐng)域的需求。各種涂層的性能硬鍍層低磨擦鍍層TiNTiALN2800TiCN3200TiBNCrNDLCMOST1500硬度（HV）25004000-50001500-25001500-3500厚度μm10553-160.43-100.61-51摩擦系數(shù)（相0.70.70.70.150.05對(duì)于鋼）抗氧性能（℃）400400800400400400700600------<200----沉積溫度（℃）300-350<250<200最新涂層的性能PVD/PACVD涂層的應(yīng)用PVD主要有三種方法?

——真空蒸鍍（evaporation）?

——濺射鍍（sputtering）?

——離子鍍（AIP）?

由于真空蒸鍍時(shí)原子能量較低，比較難形成合金，因此其不用于硬質(zhì)涂層，一般大多用于純金屬材料鍍層。平衡磁控濺控（balanced

magnetron

sputtering

）

?

磁控濺射鍍膜技術(shù)突出的優(yōu)點(diǎn)是膜層組織細(xì)密，磁控靶可以做成較大的面積。平衡磁控濺控是在南北極之間形成均勻封閉的磁場(chǎng)，來約束二次電子在靶面做螺旋線運(yùn)動(dòng)，以提高濺射速率。但這種結(jié)構(gòu)，高密度等離子體只能分布在靶面附近，工件附近的等離子體密度低，這樣工件只能安置在距靶面50—100mm范圍，限制了被鍍工件的尺寸。由輔助離子源增強(qiáng)的平衡磁控濺射（balanced

magnetron

sputtering

enhanced

byauxiliary

plasma

source）?

這個(gè)技術(shù)在法國(guó)HEF獲得發(fā)展，獲得專利名為PEMSTM（離子加強(qiáng)磁控?

濺射）。它包含了先進(jìn)的磁控濺射技術(shù)（高的，少的涂層缺陷，良好的靶材）并且離子化程度高，以致能形成高密度的硬涂層。?

用帶濺射屏蔽的輔助離子源在低電壓（-200vn—350v）高電流濺射清潔靶的同時(shí)，完成對(duì)零件的偏移濺射，除非零件未被污染，則可以從靶直接蒸發(fā)之。以致在用低電壓時(shí)，非金屬離子能沉積在刻蝕零件表面，從而陰極處涂層薄，而且增加了濺射的均勻性。?在HEF工藝中，濺射刻蝕一直要進(jìn)行到沉積開始為止，使零件的附著力不斷地改善。當(dāng)涂層生成時(shí)，高速離子源的電流，以達(dá)到最佳離子密度，而使涂層密度最佳，生成可靠，單獨(dú)地控制離子流和偏壓執(zhí)行最佳工藝以獲得令人滿意的涂層質(zhì)量和再現(xiàn)性。HEF公司PEMSTM（離子增強(qiáng)磁控濺射)TEER公司四靶閉合非平衡磁控濺射裝置示意圖離子鍍PVD涂層系統(tǒng)圖用于MeDLC的陰極配置圖荷蘭HAUZER設(shè)備型號(hào)涂層設(shè)備的夾具HAUZERPVD設(shè)備特點(diǎn)涂層在汽車另件的應(yīng)用PVD在發(fā)動(dòng)機(jī)另件上的應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)上磨擦損耗的分布活塞環(huán)及活塞銷直噴噴油系統(tǒng)的應(yīng)用燃油噴嘴系統(tǒng)用于曲軸滑動(dòng)軸承凸輪軸柱塞泵裝飾涂層應(yīng)用實(shí)例1裝飾涂層應(yīng)用實(shí)例2汽車刀具涂層的應(yīng)用適用范圍采用的涂層用于高速高壽命切削加工高強(qiáng)度、高硬度鑄鐵（鋼）、鍛鋼、鎂鋁合金、粉末冶金等不同材質(zhì)、不同要求的立銑刀、鉸刀、鉆頭、復(fù)合孔加工刀具、齒輪滾刀、插齒刀、刨齒刀、成形拉刀、推刀。以基體為高速鋼

WCO

類硬質(zhì)合金，

Ti

基類金屬陶瓷刀具的表面改性涂層材料：各類涂層TiN,TiCN,TiALN,ALTiN,AL2O3,CrN,ZrC,MOS2,WS2等。用于銑削、車削、鉆削、鉸