Sert kesme aletlerinin kaplanması için yeni malzemelerin geliştirilmesi

Sert kesme aletlerinin kaplanması için yeni malzemelerin geliştirilmesi

IKS PVD ， Araçlar PVD vakumlu kaplama makinesi ， bizimle bizimle temasa geçin ， iks.pvd@foxmail.com

1. Çoklu ve kompozit sert kaplama malzemelerinin geliştirilmesi

PVD teknolojisi , 500 ℃ altında kontrol edilen işleme sıcaklığı nedeniyle, yüksek hız çeliği aletlerinin kaplanması için çok uygun olan, son işlem olarak kullanılabilir, böylece 1980'lerden itibaren yüksek hız çeliği kesicisinin kesim performansını büyük ölçüde artırır. hızlı tanıtım; 1980'lerin sonunda, endüstriyel gelişmiş ülkelerde HSS karmaşık kesme aletlerinin PVD kaplama oranı% 60'ı aştı. 21. yüzyılın başında, endüstriyel gelişmiş ülkelerde HSS kesicilerin PVD kaplama oranı% 50 ~ 70'e ulaştı % ve HSS komplike kesicilerin PVD kaplama oranı% 90'a ulaşmıştır. PVD teknolojisinin yüksek hızlı çelik aletler alanında başarılı bir şekilde uygulanması, tüm dünyadaki imalat endüstrisinden büyük ilgi görmüştür. Yüksek performanslı ve yüksek güvenilirliğe sahip kaplama ekipmanları geliştirmek için rekabet ederken, PVD teknolojisinin uygulama alanı genişletildi (özellikle çimentolu karbür ve seramik aletlerin uygulanmasında). Sonuçlar, CVD işlemiyle karşılaştırıldığında PVD işlem sıcaklığının düşük olduğunu göstermektedir. 600 under altında kesme aleti malzemenin bükülme mukavemeti üzerinde herhangi bir etkisi olmamıştır. Filmin iç gerilme durumu, semente karbür hassasiyetinin ve karmaşık kesme aletlerinin kaplanması için daha uygun olan sıkıştırma gerilmesidir. Çevreye olumsuz etki yapmaz. yeşil imalat geliştirme yönü ile uyumludur. 1990'ların sonlarında PVD teknolojisi, karbür uçlu frezeleme, matkap ucu, yağ deliği delme, rayba, musluk, indekslenebilir freze parçası ve özel şekilli kesici kaplama işlemine yaygın olarak uygulanmıştır, vb.

Alman Avrasya danışmanlık şirketi, 1999 yılında Çin'deki takım kaplama pazarını analiz etti. 1999'da Çin'deki takım kaplama pazarının boyutu 75.12 milyon yuan idi. Çin makine endüstrisi yıllığı istatistiklerine göre (kapsam takım birliğinin üyesidir) Çin'de yüksek hızlı çelik alet ürünleri en yüksek oranı oluştururken, çıktı değeri% 85.9, satışları% 89.8 ve aynı yıl kaplamanın sadece% 3 ~% 4 olarak gerçekleştiğini belirtti. kaplama pazarı yıllık% 20'den fazla büyüyecek ve PVD takım kaplama pazarı daha da büyüyecek ve Çin takım kaplama pazarının büyüklüğünün 2005 yılına kadar 247.69 milyon yuan'a ulaşması bekleniyor. Çünkü Çin'in takım işleme pazarı çok büyük, bu nedenle, takım kaplama teknolojisinin gelişimi büyük önem taşır. Mevcut yerli takım kaplama teknolojisi ve büyük aralıkla karşılaştırıldığında uluslararası ileri seviye olmasına rağmen, sıradan TIALN kaplama teknolojisi hnology olgun değildir, ancak devasa uygulama pazarı ve ülkenin yenilikçilik için artan acil gereksinimleri olan yeşil üretim teknolojisi, yerli alet kaplama teknolojisinin yenilikçi gelişimini desteklemiştir.

Sert filmin malzeme gereksinimlerine göre yüzeyini kesme: 1, yüksek sertlik, iyi aşınma direnci; 2. Kararlı kimyasal özellikler, iş parçası malzemeleriyle kimyasal reaksiyon yok; 3, ısı ve oksidasyon direnci, düşük sürtünme katsayısı ve matris yapışma firması. Tek bir kaplama malzemesinin yukarıdaki tüm teknik gereklilikleri karşılaması zordur. Kaplama malzemelerinin gelişimi, orijinal tek TiN kaplaması olan TiC kaplaması olmuştur, TiC Al, 03-kalaylı kompozit kaplama ve TiCN, TiAlN ve diğer çok-kompozit kaplama geliştirme aşamasından geçmiştir. NBN, TiN / CN ve diğer çok kompozit film malzemeleri, araç kaplamanın performansı büyük ölçüde iyileştirildi.

TiN, en olgun ve yaygın olarak kullanılan sert kaplama malzemesidir. Halen, endüstriyel gelişmiş ülkelerde TiN kaplı HSS kesicilerin kullanım oranı, HSS kesicilerin% 50 ila% 70'ini ve yeniden birleştirilemeyen karmaşık kesicilerin kullanım oranını oluşturmuştur. % 90'ı aştı. Modern metal kesici takımların yüksek teknik gereksinimlerine bağlı olarak, TIN kaplama kademeli olarak adapte edilemedi. Kullanım sıcaklığı 500 is iken TiN kaplamanın oksidasyon direnci daha zayıf, film açıkça oksitlendi ve boşaltıldı ve Sertlik ihtiyacı karşılayamıyordu. TiC daha yüksek mikro sertliğe sahip, bu nedenle bu malzemenin aşınma direnci daha iyidir. Aynı zamanda, yüzeye sıkıca yapışır. Çok katmanlı aşınmaya dayanıklı kaplamanın hazırlanmasında, TiC genellikle alt tabaka ile temas halinde alttaki film olarak kullanılır. Kaplama aracında çok yaygın bir kaplama malzemesidir. TiCN ve TiAlN'in geliştirilmesi, kaplamalı kesicilerin performansını daha da arttırmıştır. TiCN, kaplamanın iç gerilimini azaltabilir, kaplamanın tokluğunu artırabilir, kaplamanın kalınlığını artırabilir, çatlakların yayılmasını önleme ve bıçak kırılmalarını azaltma. TiCN, kaplanmış aletin ana aşınma tabakası olarak ayarlanır; bu, takım ömrünü önemli ölçüde iyileştirir. TiAlN, iyi bir kimyasal stabilite ve anti-oksidasyon aşınmasına sahiptir. Yüksek alaşımlı çelik, paslanmaz çelik, titanyum alaşımı ve nikel alaşımı işlenirken kalay kaplı kesicinin kullanım ömrü 3-4 kat artırılabilir. TiAlN kaplamasında yüksek miktarda Al varsa, çok ince bir amorf Kesme işlemi sırasında kaplamanın yüzeyinde Al2O3 üretilir, bu da sert bir inert koruyucu film oluşturur. Kaplanan takım daha hızlı kesimde daha etkili bir şekilde kullanılabilir. Oksijen katkılı titanyum nitrür TiCNO, TIC + AL2O3'e eşdeğer bir kompozit kaplama üretebilen çok yüksek mikro sertliğe ve kimyasal stabiliteye sahiptir. Bazı geçiş metali nitritleri, karbürler, boritler ve bunların bazıları sertliği yüksek olan bu bileşikler, kaplama araçlarına geliştirilip uygulanabilir, kaplama araçlarının performansında yeni bir atılım yapacaktır.

2. Düşük basınçlı gaz faz sentezi elmas filmi Uygulaması

Yukarıda sözü edilen sert film malzemeleri arasında, üç tür elmas filmi, kübik bor nitrür CBN ve mikro sertliği HV'si 50GPa'yı aşabilen karbon nitrür vardır. Bu çok az sertlikteki film malzemeleri kaplamanın geliştirilmesi için çok önemli bir kullanım başlatmıştır. kesme aleti sert filmi, çünkü nadir ve pahalı doğal elmas, modern endüstrinin ihtiyaçlarını karşılamaktan uzaktır. 1950'lerin ortalarında, Amerika Birleşik Devletleri genel motorları şirketi yapay olarak elmas sentezledi ve granül ve toz elmas elde etti. işlendikten sonra, alet yüzeyine uygulamak zordur. Mekanik endüstrisinde yaygın olarak kullanılan polikristalin elmas bıçaklar (PCD) aynı zamanda basit geometrileri, talaş kırıcıları ve makul geometrik parametreleri nedeniyle sınırlı performansa sahiptir. filmler düşük basınçlı kimyasal buhar biriktirme (LCVD) ile sentezlendi. 20 yıldan fazla teknolojik atılımın ardından, elmas için düşük basınçlı buhar biriktirme teknolojisi sonunda büyük bir atılım yaptı ve elmas araştırması dünya çapında sıcak bir konu haline geldi.

Elmas ve grafit allotroptur, elmas kristal kübik kristal sistemdir ve grafit altıgen kristal sistemdir. Atomlar arasındaki farklı bağlanma modlarına bağlı olarak, performansları büyük farklılıklar gösterir. Termodinamik olarak grafit, elmastan daha kararlıdır. gaz faz diyagramında, gaz fazı grafitin stabil olduğu ve elmasın metastabil olduğu bölgede gerçekleştirilir. Ancak, iki fazın kimyasal potansiyelleri çok yakın olduğu için her iki faz da oluşabilir. elmasın basınçlı gaz fazı sentezi, grafit fazını inhibe eder ve elmas fazı büyümesini arttırır. Yaygın sentez metodu, sıcak tel metodudur. Dc ve yüksek frekanslı ark deşarj plazma yöntemi. Reaksiyon sürecinde enerji girişi (rf gücü, mikrodalga gücü vb.), aktivasyon durumu ve opti reaksiyon gazının mal oranı ve biriktirme işlemindeki vs. çekirdeklenme modu, elmas filmin oluşumunda belirleyici bir rol oynar. Substrat malzemelerin kristal ve kafes sabitleri, elmas filmin çekirdeklenme büyümesi üzerinde büyük etkiye sahiptir. Elmas fazı ve grafit fazı substrat üzerinde aynı anda çekirdeklendiğinde, grafit fazı hızlı bir şekilde büyür. Yüksek bir atomik hidrojen konsantrasyonu varsa, büyüyen grafit fazını aşındıracak ve grafit fazını çıkaracaktır. Elmas fazını aşındırabilse de, grafit fazının büyümesini engellemek için çok daha yavaştır. Elmas film sıcaklığı 600 ~ 900 ℃ biriktirmek için birçok gereksinim vardır, böylece elmas filmi semente yüzeyinde biriktirmek için kullanılan teknoloji karbür kesici aletler.

3. CBN ince film teknolojisi henüz atılım yapmaktır

Sentetik elmas filmi ile karşılaştırıldığında, sentetik CBN filmi, geç bir araştırma alanıdır.CBN üç izomere sahiptir: CBN kübik sfalerit yapısı; H-bn altıgen grafit yapısı; W-bn altıgen wurtzit yapısı. Üç izomerin özellikleri çok farklıdır. H-bn grafite ve çok yumuşak bir dokuya çok benzer bir yapıya sahiptir. W-bn ve CBN'de B ve N atomları birbirleriyle dörtlü bir koordinasyon yapısı oluşturmak zorundadır. Her ikisi de süper sert malzemedir. Yüksek sıcaklık ve yüksek basınç yöntemiyle elde edilen CBN, 84.3GPa'ya kadar en yüksek mikro sertliğe sahip granüler kristaldir. CBN filminin en yüksek mikro sertliği 61.8GPa'dır ve kapsamlı performansı elmas filminkinden daha az değildir .BN sertlik ve ısıl iletkenlik bakımından elmasa ikincisidir ve mükemmel termal stabiliteye sahiptir. Atmosferde ısınmaz 1000 ℃ okside kadar. CBN, çelik işlemek için uygun olmayan pırlantadan farklı demir grubu metalleri için son derece stabil kimyasal özelliklere sahiptir. Çelik ürünlerin işlenmesinde ve öğütülmesinde yaygın olarak kullanılabilir. Mükemmel aşınma direncine ek olarak, CBN kaplama, ısıya dayanıklı çelik, titanyum alaşımı ve sertleştirilmiş çeliği oldukça yüksek bir kesme hızında işlemek için kullanılabilir ve sert kesmek için kullanılabilir Çok sert takım aşınmasına sahip yüksek sertlikte, karbonlu karışık söndürme malzemeleri ve si-al alaşımlı silindirler.VD ve PVD yöntemleri CBN filmlerini sentezlemenin ana yöntemleridir. CSD kimyasal taşıma PCVD, sıcak tel destekli ısıtma PCVD, ecr-cvd, PPD, reaktif iyon ışını kaplaması, reaktif buharlaşma ve lazer destekli iyon ışını biriktirmesini içerir.

CBN sentez teknolojisi, reaksiyon mekanizması ve film oluşturma süreci, plazma tanı ve kütle spektrometresi analizi, en iyi işlem koşullarının belirlenmesi, yüksek verimli ekipmanın geliştirilmesi, vb. Dahil temel araştırma ve uygulama teknolojisinde yapılacak çok iş var. .

4. Elmas sertliğini aşabilecek karbon nitrür

1980'lerin sonunda, Amerikalı bilim adamları IIU ve ortak çalışanlar, p-si3n4'e benzer yeni bir bileşik olan p-c3n4'ü tasarladılar. P-c3n4'ün kütle modülü, enerji bandı ve karakter sabitleri, katı hal fiziği ve kuantum kimya teorisi kullanılarak hesaplandı ve karbon nitrürün kütle modülünün elmasın sayısal aralığına ulaştığı bulundu. Malzemenin sertliği, hacim modülüyle orantılı olarak, C3N4'ün sertliği, tüm dünyadaki bilim insanlarının dikkatini çeken elmasın sertliğine ulaşabilir. 1994 yılında IIU, yeni araştırma sonucunu E53 yayınladı. Değişken kafes modeli moleküler dinamiklerin (vs-md) ab initio hesaplama yöntemini benimsemiş, düşük enerjili C3N ve katı teorik araştırmalarını genişletmiş ve C ve N'nin üç yapıya sahip olabileceğine dikkat çekmiştir: altıgen kristal sisteminin P fazı, Kübik kristal sistemin sfalerit yapısı ve üçgen kristal sistemin grafit benzeri yapısı. 1996 yılında, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Jeter ve Hemley hala ilk prensipler ab initio hesaplamalarını kullandı, ancak işlemi değiştirdi. Konjuge gradyan yöntemi elektronu minimize etmek için kullanılır İlk koşullar altında serbestlik dereceleri. Elektron dalgasını iki düzlem dalgaya genişletmek için periyodik fonksiyon kullanılır. Eklenmiş standart koruma ve kuvvet koruma (ENHC) kullanılmıştır. Beş yapılı n3 fazlı p3N4 elde edilir, p- faz, cubophase blende yapısı, cubophase silicozinc E yapısı ve grafit faz. Grafit benzeri fazın yanı sıra, diğer dördü hepsi süper sert malzemelerdir. Kübik faz silikozinc cevherindeki cc 3 n 4, elmasınkinden daha yüksektir. Bu nedenle karbon nitrür, elmasın sertliğine sahip olabilir.

Karbon nitrürün sentezlenmesinin başarısı, moleküler mühendisliğin kayda değer bir örneğidir. Bir süper sert materyal olarak, karbon nitrürün, diğer birçok değerli fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olması beklenir. Karbon nitrürün ana sentez yöntemleri, dc ve rf reaktif püskürtmedir. ve iyon ışını destekli kaplama metodu, ECR-CVD metodu, çift iyon ışını depozisyon metodu, vb. GPa.China'nın tsinghua üniversitesi ayrıca 60.8GPa yüksek sertlikte karbon nitrür elde etti ve wuhan üniversitesi sentetik karbon nitrür sertliği 50.0GPa9'a ulaştı ve HSS örgü matkabı üzerine çökeltildi ve çok iyi delme performansı elde etti. grafit fazının çökmesini önlemektir.