最新外觀處理技術(shù)概述及其發(fā)展趨勢(shì)
新型外觀功能覆層技術(shù),包括低溫化學(xué)外觀涂層技術(shù)及超深層外觀改性技術(shù),它運(yùn)用物理、化學(xué)或物理化學(xué)等技術(shù)手段來(lái)改變“材料及其制件外觀成份和組織結(jié)構(gòu)”,其特點(diǎn)是保持基體材料固有的特性,又賦予外觀化所要求的各種性能,從而適應(yīng)各種技術(shù)和服役環(huán)境對(duì)材料的特別要求,因而它是制造和材料學(xué)科最為活躍的技術(shù)領(lǐng)域,又是涉及外觀處理與涂層技術(shù)的交叉學(xué)科。其最大的上風(fēng)在于能以極少的材料和能源消費(fèi)制備出基體材料難以甚至無(wú)法獲得的性能優(yōu)秀的外觀薄層,從而獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益,它是一種優(yōu)質(zhì)高效的外觀改性與涂層技術(shù)。優(yōu)質(zhì)、高效的外觀改性與涂層技術(shù)其范圍廣闊:如熱化學(xué)外觀技術(shù);物理氣相沉積;化學(xué)氣相沉積;物理化學(xué)氣相沉積技術(shù);高能等離體外觀涂層技術(shù);金剛石薄膜涂層;多元多層復(fù)合涂層技術(shù);外觀改性及涂層性能展望及剪栽技術(shù);性能測(cè)試與壽命評(píng)估等等。 新型低溫化學(xué)氣相沉積技術(shù)引入等離子體加強(qiáng)技術(shù),使其溫度降至600度以下,獲得硬質(zhì)耐磨涂層新工藝,所生產(chǎn)的高強(qiáng)度、高性能的涂層工藝,在高速、重負(fù)荷、難加工領(lǐng)域中有其特別的作用。超深層外觀改性技術(shù)可應(yīng)用于絕大多數(shù)熱處理件和外觀處理件,可替換高頻淬火,碳氮共滲,離子滲氮等工藝,得到更深的滲層,更高的耐磨性,產(chǎn)品壽命劇增,可產(chǎn)生突破性的功能轉(zhuǎn)變。二、近況及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì) 隨著基礎(chǔ)工業(yè)及高新技術(shù)產(chǎn)品的發(fā)展,對(duì)優(yōu)質(zhì)、高效外觀改性及涂層技術(shù)的需求向縱深延長(zhǎng),國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域與相干學(xué)科相互促進(jìn)的局勢(shì)下,在諸如“熱化學(xué)外觀改性”、“高能等離子體外觀涂層”、“金剛石薄膜涂層技術(shù)”以及“外觀改性與涂層工藝模仿和性能展望”等方面都有著突破的進(jìn)展。 1.熱化學(xué)外觀改性技術(shù)近況及發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)外近年來(lái)正視對(duì)“可控氣氛條件和真空條件下的滲碳,碳氮共滲等技術(shù)的研究,并已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。而在我國(guó)應(yīng)用很少,相干的技術(shù)研究工作亦不夠??煽貧夥諠B碳和真空滲碳技術(shù)是明顯縮短生產(chǎn)周期,節(jié)能、省時(shí),同時(shí)可進(jìn)步工件質(zhì)量,不氧化、不脫碳,保證零件外觀耐腐蝕和抗委靡性,并削減熱處理后機(jī)加工余量及清理工時(shí)。 目前國(guó)際上碳勢(shì)控制和監(jiān)測(cè),滲層布型控制等方面的研究成果已應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生產(chǎn),并用計(jì)算機(jī)進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)控制。 2.PVD、CVD、PCVD技術(shù)近況及發(fā)展趨勢(shì) 各種氣相沉積是當(dāng)前世界上聞名研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)競(jìng)相開(kāi)展的具有挑釁的性的研究課題。目前該技術(shù)在信息、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體、光學(xué)儀器等產(chǎn)業(yè)及電子元器件、光電子器件、太陽(yáng)能電池、傳感器件等制造中應(yīng)用十分廣泛,在機(jī)械工業(yè)中,制作硬質(zhì)耐磨鍍層、耐腐蝕鍍層、熱障鍍層及固體潤(rùn)滑鍍層等方面也有較多的研究和應(yīng)用,其中TiN等鍍膜刀具的普及已引起切削領(lǐng)域中的一場(chǎng)革命,金剛石薄膜、立方氮化硼薄膜的研究也十分火熱,并已向?qū)嵱没矫嫱七M(jìn)。 在不同PVD、CVD工藝的基礎(chǔ)上,通過(guò)發(fā)展和復(fù)合許多新的工藝和設(shè)備,如IBAD、PCVD與空心陰極多弧復(fù)合離子鍍膜裝配、離子注入與油濺射鍍或蒸鍍的復(fù)合裝配、等離子體浸沒(méi)式離子注裝配等賡續(xù)將該類技術(shù)推向新的高度。與國(guó)外的發(fā)展相比,我國(guó)在上述方面雖研究較多,但水平有較大差異,在實(shí)用化方面差距更大。 3.高能等離子體外觀涂層技術(shù)近況及發(fā)展趨勢(shì) 該技術(shù)是增長(zhǎng)外觀物理化學(xué)反應(yīng),獲取特別性能覆蓋層。其核心是更有用地加強(qiáng)和控制陰極電弧等離子體的產(chǎn)生和作用,美國(guó)、日本、德國(guó)大力發(fā)展該技術(shù)。等離子體加強(qiáng)電化學(xué)外觀改性技術(shù),是目前國(guó)際上較活躍的開(kāi)發(fā)研究領(lǐng)域,對(duì)于鋁、鈦等材料,通過(guò)等離子體調(diào)光放電手段,加強(qiáng)電化學(xué)處理結(jié)果,在金屬外觀上生成致密氧化鋁和其它氧化物陶瓷膜層,可使基體具有極高性能外觀,是先輩制造工藝的前沿技術(shù),在機(jī)加工用刀具和模具行業(yè)也有很了的應(yīng)用前景。 4.金剛石薄膜涂層技術(shù) 金剛石具有極好的物理性能,在外形復(fù)雜的刀具、模具、鉆優(yōu)等工件外觀沉積上一層很薄的金剛石薄膜,可進(jìn)步工件的使用性能,并知足一些特別條件的需求。近年來(lái),因?yàn)榻饎偸∧さ膬?yōu)秀性能以及廣泛的應(yīng)用前景,日本、美國(guó)、西歐均進(jìn)行大量的研究工作,并開(kāi)發(fā)了多種金剛石涂層工藝技術(shù),已在國(guó)內(nèi)外掀起金剛石涂層研究的熱潮。尤其是在進(jìn)步金剛石涂層和基體結(jié)合強(qiáng)度,大面積快速沉積金剛石涂層技術(shù),產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)涂層金剛石薄膜設(shè)備體系等關(guān)鍵技術(shù)方面國(guó)外已取得突破性進(jìn)展,美國(guó)、瑞典等國(guó)已推出金剛石金屬切削工具供給市場(chǎng),而我國(guó)該技術(shù)還沒(méi)有達(dá)到實(shí)用水平,急待開(kāi)發(fā)并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。 5.多元多層復(fù)合涂層技術(shù)的近況及發(fā)展趨勢(shì) 單一的外觀涂層不能知足外觀工程設(shè)計(jì)中苛刻的工況條件,任何外觀處理均有其不同的優(yōu)瑕玷,由于行使不同涂層材料的性能好處,在基體外觀形成多元多層復(fù)合涂層(含萬(wàn)分漸變的梯度層)具有龐大的意義。國(guó)外已開(kāi)展單層涂層厚度為納米級(jí),層數(shù)在100層以上的多元多層復(fù)合涂層技術(shù)的研究,所制備的涂層具有較高的耐腐性、韌性和強(qiáng)度,和基體的結(jié)合強(qiáng)度也好,外觀粗糙度低,這對(duì)直精高速工削機(jī)械加工十人有利。國(guó)外已列入重要發(fā)展方面,予計(jì)在納米級(jí)邃密涂層材料研究和應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)有新的突破。由于復(fù)合涂層技術(shù)具有抗磨損、抗高溫氧化腐蝕、隔熱等功能,能擴(kuò)大涂層成品使用范圍,延伸使用壽命,是一項(xiàng)在下一世紀(jì)會(huì)得到敏捷發(fā)展的技術(shù)。我國(guó)目前已開(kāi)始研究,并取得初步成果,但還存在一些題目有待于解決。 6.外觀改性與涂層工藝模仿和性能展望的近況及發(fā)展趨勢(shì) 外觀改性與涂層技術(shù)作為外觀工程的緊張組成部分,已經(jīng)滲透到傳統(tǒng)工業(yè)與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)部門,根據(jù)應(yīng)用的要求反過(guò)來(lái)又促進(jìn)外觀功能覆層技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。根據(jù)使用要求,對(duì)材料外觀進(jìn)行設(shè)計(jì)、對(duì)外觀性能參數(shù)進(jìn)行剪裁,使之吻合特定要求,并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)外觀覆蓋層的組織結(jié)構(gòu)和性能和展望等,已成為該領(lǐng)域緊張研究方向。國(guó)外已對(duì)CVD、PVD以及其它外觀改性方法開(kāi)展計(jì)算機(jī)模仿研究,針對(duì)CVD過(guò)程進(jìn)行模仿,采用宏觀和微觀多條理模型,對(duì)工藝和涂層各種性能和基體的結(jié)合力進(jìn)行模仿和展望;對(duì)滲碳,滲氮工件滲層性能應(yīng)力等進(jìn)行計(jì)算機(jī)模仿等等,人們可以更好地控制和優(yōu)化工藝過(guò)程。我國(guó)這方面的研究剛處地超步階段。 三、“十五”目標(biāo)及重要研究?jī)?nèi)容 1.目標(biāo) 根據(jù)國(guó)內(nèi)外外觀功能覆層技術(shù)的發(fā)展,結(jié)合機(jī)械工業(yè)的需求與近況,為國(guó)家龐大工程、龐大技術(shù)裝備研究開(kāi)發(fā)一批先輩適用的外觀功能覆層關(guān)鍵技術(shù)。 .重要研究?jī)?nèi)容: (1)新型低溫氣相沉積技術(shù)及裝備研究 研制新型磁控濺射、離子鍍膜、PCVD設(shè)備及其復(fù)合裝備,并實(shí)現(xiàn)工藝過(guò)程的主動(dòng)控制。增強(qiáng)成膜、膜基結(jié)合機(jī)理的研究,降低制膜溫度,優(yōu)化反應(yīng)過(guò)程及工藝參數(shù),合成各種耐磨、抗蝕的新優(yōu)質(zhì)鍍層。重點(diǎn)解決國(guó)家安全及支柱產(chǎn)業(yè)急需解決的外觀工程技術(shù)難題,力爭(zhēng)形成創(chuàng)新性科技成果,促進(jìn)通用機(jī)械、閥門、冷作模具、高溫模具等行業(yè)的技術(shù)提高。 (2)納米級(jí)多無(wú)多層復(fù)合涂層材料及工藝技術(shù)研究 跟蹤國(guó)際先輩水平,研究50層以上納米級(jí)復(fù)合涂層技術(shù)及材料,包括納米級(jí)多層多元復(fù)合涂層材料重組、結(jié)構(gòu)、厚度、層數(shù)的綜合設(shè)計(jì),以及涂層材料的微觀組織結(jié)構(gòu)及制備工藝技術(shù)研究。 (3)外觀涂層工藝及質(zhì)量的數(shù)值模仿及優(yōu)化控制的研究與開(kāi)發(fā),偏重對(duì)熱化學(xué)外觀改性過(guò)程以及PVD和CVD沉積技術(shù)進(jìn)行工藝模仿及優(yōu)化研究。建立數(shù)學(xué)模型和算法,開(kāi)發(fā)出響應(yīng)計(jì)算機(jī)軟件體系來(lái)引導(dǎo)和分析外觀改性和涂層工藝過(guò)程的設(shè)計(jì),并展望外觀性能和服役壽命。 (4)金剛石薄膜涂層技術(shù) 開(kāi)展大面積、快速、高質(zhì)量金剛石薄膜涂層工藝技術(shù)及涂層刀具產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究,以涂層質(zhì)量好,均勻同等性能穩(wěn)固可靠為研究重點(diǎn),進(jìn)步金剛石涂層沉積速率,完成響應(yīng)設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造,同時(shí)開(kāi)發(fā)金剛石薄膜涂層刀片、硬質(zhì)合金鉆優(yōu)等刀具,使壽命進(jìn)步10倍,并用于汽車等工業(yè)。 中國(guó)閥門信息網(wǎng)提供 (作者:佚名編輯:浙江水暖閥門行業(yè)協(xié)會(huì))
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