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PVD表面处理在工业上的应用

2019/3/18 | 来自: admin

真空电弧PVD涂层广泛应用于

电子、航空、航天、汽车、新能源

       PVD(PhysicalVapor Deposition):物理气相沉积,是指在真空条件下,采用低电压、大电流的电弧放电技术,利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离,利用电场的加速作用,使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。PVD技术出现于二十世纪七十年代末,制备的薄膜具有高硬度、低摩擦系数、很好的耐磨性和化学稳定性。多弧离子镀已广泛地在冶金、机械加工材料上得到实际应用。其工艺对环境无不利影响,符合现代绿色制造的发展方向。在世界范围内已得到广泛使用,并逐渐取代其它传统的表面处理技术。

1、多弧离子镀膜技术在高速钢刀具上的应用

涂层高速钢刀具是多弧离镀最成功的应用之一。最常用的涂层是TiN。经过TiN涂层的高速钢刀具比没有涂层的高速钢刀具硬度提高2~3倍,镀TiN后的高速钢刀具的摩擦系数降低,耐磨性提高。另外,经过TiN涂层的高速钢刀具可以提高刀具的使用寿命1~5倍。目前,多弧离子镀膜技术在齿轮刀具、钻头等大多数高速钢刀具中都有广泛的应用。

2、多弧离子镀膜技术在车辆零部件上的应用

离子镀表面涂层技术可在以下场合应用于车辆零部件。

(1)在轴类零件的表面制备硬质耐磨涂层, 离子镀用于轴类等易磨损零件的表面处理,可大大提高所基体表面的显微硬度,改善表面耐磨性,减小摩擦系数,从而降低表面磨损,延长零件使用寿命, 还可降低零件运动时产生的噪声,减少环境污染。

(2)在发动机零件上制备耐磨耐蚀涂层。在活塞顶部、活塞环、汽缸套等直接与燃气接触的发动机零件上制备一层耐磨损、耐气蚀、隔热的复合涂层,使这些零件可在高温下工作,降低其冷却要求, 可使大部分热量通过排出的气体带走,大大提高发动机的有效系数和经济性。如果不使用冷却系统,还可减小动力装置的重量和体积,并且有利于降低噪声。

(3)在发动机曲轴衬套等运动零件上制备润滑涂层。非平衡纳米等离子体镀膜法(简称NCUPP)是多弧离子镀范畴内的一种薄膜制备方法,它可制备出具有良好润滑性能的固体润滑涂层。

3、多弧离子镀技术在航空上的应用

(1)用于修复速率陀螺的马达轴承,进行轴承外圆表面的增厚处理。用真空多弧离子镀技术进行轴承的外圆增厚处理可达到理想的效果,这是因为它所沉积的膜层具有膜厚均匀一致,无边界效应,涂层硬度高,与基体结合牢固,耐磨性及表面光洁度好,沉积厚度可严格控制等优点。

(2)提高航天用球轴承表面的耐磨性。中国第一代特殊用途卫星测量照相机的镜片托架、镜筒、支撑框架、焦面框架等件采用的都是钛合金材料,其表面处理采用多弧离子镀黑色氮钛涂层工艺处理,可满足产品的使用要求。对该航天产品返回地面后跟踪检查,未发现任何问题,黑色氮钛涂层无磨损或脱落现象。

(3)离子镀工艺制备热障涂层。为了提高航空发动机涡轮叶片的寿命,增强其抗高温烧蚀的能力,需在涡轮叶片表面制备一层热障涂层。采用多弧离子镀工艺制备NiCrAlY热障涂层已成功地应用于航空发动机涡轮叶片的表面处理上,经试验及实际应用,取得了满意效果,并逐步应用到多种型号发动机的涡轮叶片表面处理上。国外用离子镀技术制备了性能更好的优质复合涂层,正研究用于喷气发动机的叶片制造上。

(4)航空发动机中的应用。在航空发动机的制造中,将离子镀技术应用于涡轮叶片NiCrAlY涂层和压气机叶片TiN涂层等。

4、多弧离子镀技术在冲孔冲模上的应用

       多弧离子镀入射粒子能量高,在高能量的离子轰击下,涂层的致密度高,强度和耐久性好,而且形成了一个有一定厚度的高硬度过渡层。涂层本身具有很高的硬度,最高达2000HV左右,所以涂层和过渡层组成了稳定的耐磨损耐冲击强化区,这显著提高了冲模的耐磨性能和抗冲击疲劳性能。涂层后的冲孔冲头使用寿命提高5倍,显著降低冲模的制造费用。

多弧离子镀工艺无污染,除了能镀合金外还能镀活泼金属,如钛、铝等,也可以在钛或铝合金上制备涂层。离子镀工艺结合度高,基体和涂镀材料限制少。多弧离子镀在各行各业的应用正在逐步扩大,并占据越来越重要的地位。