1、 纳米涂层技术一、纳米材料与纳米涂层简介1、什么是纳米材料？（1）纳米（nanometrer）是一个度量单位， 1 纳米（nm）等于 10-9 米。（2）纳米材料（nano material） ，就是指用直径达到纳米级（1100nm）的微小粒子制成的各种材料。2、为何纳米材料的性能比普通材料更优？ 当构成物质的颗粒尺寸进入纳米尺度，特别是几个纳米时，因其内部粒子间的结构形态将发生根本性变化，从而使得一系列的物理性能都更加优化，甚至发生本质上的变化，比如硬度、韧性、耐热性、防腐性能等等。3、纳米涂层（也称纳米薄膜） 纳米薄膜具有的光，电，热以及机械方面的性能等方面的独特功能。第二章、我们的纳米涂
2、层1、我们的纳米涂层属于金属陶瓷材料，有金属和陶瓷双重特性，如下所述：（1）涂层硬度极高，是刀具，模具钢材硬度的 3 倍以上，甚至可达 4000HV 以上（陶瓷特性） （2）涂层细腻光滑，与钢材之间的摩擦系数小（陶瓷特性）：（3）涂层与金属不易粘黏，可以防止积屑，提高被加工件表面质量（陶瓷特性）：（4）良好的韧性，耐冲击，耐碰撞，可用于冲压模具（金属特性）（5）良好的热稳定性，部分涂层甚至可以承受 1000以上的工作温度（陶瓷特性）（6）涂层晶粒极其微小，结构极为紧密，故有良好的耐酸碱腐蚀性能（7）涂层无毒无害，且环保，可用于医疗器械，人工环节食品加工的刀工具（例如：果汁刀片机）等（8）可导电
3、，导磁（金属特性）2、应用中表现出的优点主要有：（1）刀具，模具的耐磨性大大增强，使用寿命提高 310 倍，甚至更高，使得客户成本大大降低；（2）减少换刀，修模的时间，提高生产效率；（3）产品表面质量提高，且不良率下降；（4）涂层的厚度很薄，仅为 3m 左右（0.0003mm） ，故一般不会影响刀具，模具的尺寸精度。三、涂层特性表镀膜种类 性质 优点 应用领域TiN氮化钛颜色：金色硬度：2300HV摩擦系数：0.23VSNI最高工作温度：580减小摩擦力可低温涂层避免刀口积屑现象通用性涂层可广泛应用于切削刀具、五金模具、冲具、塑胶模具以及零组件TiCN氮碳化钛颜色：灰色硬度：3300HV摩擦系
4、数：0.21VSNI最高工作温度：450表面光滑高表面温度避免刀口积屑现象适合重切削常用于高速钢铣刀（尤其波刃刀）、丝攻、滚刀加工不锈钢、镀锌板等粘性材料的拉伸模具等纳米涂层技术ALTiN铝氮化钛颜色：紫黑色硬度：3400HV摩擦系数：0.33VSNI最高工作温度：800高热稳定性可高速，干式切削常用于硬质合金刀具，也用于高速钢模具适合不锈钢钻，铣，冲加工，以及高温加工四、涂层应用推荐表推荐涂层类别 细类 工具材料 被加工材料优先考虑 可选普通钢铁 TiN TiCN不锈钢等 TiCN TiN铣刀、丝攻、钻头、锯片、滚刀、拉刀等 高速钢 铜，镁铝合金 等 Cro-G TiCN普通钢铁 ALTiN
5、 TiN硬度50HRC的淬火钢Altimax 白金铝钛ALuwa DLC 铝钛铸铁 TiCN ALTiN不锈钢、钛合金等 ALTiN TiCN/TiN刀具铣刀、钻头、锯片、舍弃式刀片、丝攻等 硬质合金铜合金、镁铝合金等 Cro-G ALTiN普通钢铁 TiN TiCN不锈钢等 TiCN TiN精冲、冲棒、小冲裁模、折弯模 高速钢/SKD11 铜、镁铝合金等 Crotac TiCN普通钢铁/不锈钢/镀锌钢板等TiCN TiN拉伸模、冲压模 高速钢 硬质合金锌合金、银 Aluwa DLC 铝钛 TiCN中型冲压、拉伸模具（直径约 200 左右） SKD11/高速钢普通钢铁/不锈钢/镀锌钢板等Cro
6、tac /TiCNTiN Ralox冲压模具大型冲压、拉伸模具（直径约 350 以上） SKD11普通钢铁/不锈钢/镀锌钢板等Ralox TiCN/TiN塑胶模具 / S136、 SKD61、 NAK80 等如 PVC（有腐蚀性） Cro-G TiN纳米涂层技术PP、ABS 等 TiN Cro-G有酸性的粉末 Crotac TiN粉末成型 模具 /硬质合金、 HSS、SKD11 无酸性的粉末 TiN Cro-G零组件 活塞环、轴承等 碳钢 / Cro-G Medica DLC五、对工件的要求1、材质（1）一般要求是金属材料，如模具钢、高速钢、硬质合金、不锈钢、铜、铝合金等。（2） 需要的工件必
7、须能够承受至少 200450而不能熔化或碳化，故不能是塑胶、橡胶、纸张、棉麻、木材等材料。（3）工件要能导电，一般不能是陶瓷、玻璃等。2、钢件热处理回火温度（1）对钢件热处理回火温度的要求回火温度必须高于镀膜温度。因为如果工件回火温度低于镀膜温度，就会导致工件材料硬度下降，下降程度会因具体材料和温度不同而不同，可能会是几度到20 度以上（HRC）不论回火温度如何，我司在镀膜过程中只能选择比热处理回火温度更低的温度处理，才能保证工件硬度不下降。一般的回火温度有：a 高温：500以上b 中温：350左右c 低温：200左右注：实际上，热处理厂可以根据不同的材料、不同的要求设计出不同温度参数的回火工
8、艺，并不单纯是上述几个数值。（2）我司镀膜的温度根据不同的要求，我司的镀膜温度可以作三种选择：a 高温：450b 中温：320c 低温：180不同的镀膜温度镀的薄膜的特性会有些许差异，用 TiN（氮化钛）举例说明：a 颜色：高温镀的就会更金黄、光亮；低温镀的就会相对淡一些。b 耐磨性：低温镀的相对于高温镀的耐磨性要差一些。（3）如何选择回火温度无论何种材料，选择不同的回火温度所得到的硬度值一般是不一样的。如果在硬度、韧性等基本要求都可以满足的情况下，请尽量选择更高的回火温度，以便于我们镀膜处理可以选择更高的温度，以达到更佳的效果。并非任何材料都可以选择高温回火，因为有些材料选择高温回火比低温回
9、火得到的硬度值相处很多，甚至可能达到 20HRC。不同的材料，其热处理特性也是不同的。应如何选择适合的回火温度，最后咨询您的热处理供应商（别忘了将您对工件硬度和需要镀膜的要求告诉他） 。纳米涂层技术3、工件外形与镀面（1）工件最大尺寸：细长件：长度1000mm；圆柱形大模具，圆柱面未涂层重点：最大尺寸460*1000mm ；板状大模具，板的一面为涂层重点：最大尺寸1000（长）*460（宽）*460（高）mm。（2）工件上必须有不需要涂层的部位（如柄部、孔、螺纹、台阶等） ，以便于涂层中用于支撑和固定工件。（3）对于要求涂层的内孔，要求孔径孔深，否则不能保证内孔深处涂层厚度和质量。（4）为了保
10、证使用重点面的涂层质量，客户须明确告知“使用重点部位” 、 “可镀可不镀的部位” 、 “一定不能镀的部位” ，最好不要为追求美观而要求全镀。4、工件表面状况（1）工件一定要是已经过精加工，完全成型并且是可用的，涂层是所有制作工序中的最后一道工序。（2）工件一定要做好防锈工作，如涂抹防锈油等。（3）工件表面不能做渗碳、渗氮、氧化、TD、喷漆、电镀等处理。5、工件结构（1）工件上不能有密闭的中空结构，因为密闭的空气受热后膨胀，其压力会引起爆裂。（2）工件上如果有细长孔、缝隙（如喷水钻的注水孔）等，孔内或缝隙不能阻塞，否则残留的油污等会影响镀膜（同理，塑胶模具试模后，残留的胶料要清理干净） 。（3）
11、镶嵌件，如果可用拆分的，就拆开镀，然后再组合使用；如果不开拆分的，要绝对保证镶嵌内部不能有油污，否则会影响镀膜。（4）焊接件，要注意两个问题：焊接材料能否承受 450高温而不熔化，一旦熔化，会造成焊接和突出的异常；工件的精度是否允许焊接处在承受 450高温的变形量，否则不宜做涂层。6、包装（1）任何工件在交我司做涂层的运输途中，均需要有包装，且包装必须能保证工件的安全。（2）对于锋利刃具，如铣刀、丝攻、铰刀等，建议采用每只产品之间都有区隔的包装方式。（3）对于较重的大型件，如果采用快递或货运，一定要有足够强度的包装箱，以保证运输途中不被损伤。 六、PVD 涂层与其他表面处理的比较1、CVD 简
12、介（Chemical Vapor Deposition化学气相沉积）（1）将各种化学反应物质：如四氯化钛（TiCl4）和甲烷（CH4）等含碳气体（或其它碳氮气体）蒸气等通入反应炉体内，在高温（9001200）状态下，TiCl4 中的钛（Ti）和碳氢化合物中的碳（C）在模具表面进行化学反应，从而生成一层金属化合物涂层碳化钛（TiC） 。利用不同的反应物，可得到不同的薄膜，如TiN、Ti （CN ） 、CrC 等等。（2）CVD 的优点：镀膜与基材的附着性优良；复杂的形状都可以处理：如深孔、内管、细缝等。（3）CVD 的优点：纳米涂层技术镀膜温度太高，对基材和反应设备的耐热性要求很高，很多工件难以
13、承受；高温使基材尺寸变化和变形严重，故适于精密度高的工件；对于要求工件局部镀膜，难以实现；活泼性气体源的使用，制程中有爆炸、毒性气体泄漏等隐患，且对环境有污染。2、TD 简介（Thermal Diffusion Coating Process热扩散法碳化物覆层处理）（1）在空气炉或盐槽中放入一个耐热的坩埚，将硼砂放入坩埚加热熔化至 8001200，然后加入相应的碳化物形成粉末（如钛、钡、铌、铬） ，再将钢或硬质合金工件放入坩埚中浸渍保温 12 小时，加入元素将扩散至工件表面并与钢中的碳发生反应形成碳化物层（如：VC碳化钒；CrC碳化铬） ，所得到的碳化物层具有很高的硬度和耐磨性。（2）TD 最
14、主要适合于以下铬钢的工件。国际标准 中国 日本 美国 瑞典 Cr12MoV SKD11、SLD D2 XW41160CrMoV12 Cr12Mo1V1 SKD11 D2 XW42100CrMoV5 Cr5Mo1V SKD12 A2 XW10210Cr12 Cr12 SKD1 D3 XW5 DC53 （3）TD 的优点：覆层与基材的附着性优良；覆层的厚度较厚。（4）TD 的缺点：处理温度太高，对基材的耐热性要求很高，很多工件难以承受；高温使基材尺寸变化和形变严重，故不适于精密度高的工件；对于要求工件局部镀膜，难以实现；覆层的厚度较厚，精密工件精度会受影响；覆层后表面状况较差，一般须作后处理（如抛
15、光等）才可使用。3、电镀硬铬（Cr）简介（1）用铬酐、硫酸和添加剂等配制成电镀液，将工件放入溶液中电镀金属铬沉积在工件表面形成镀层。（2）实际上所谓“镀硬铬” ，其铬层硬度并不比装饰铬层硬度高，只因其镀层较厚，故能发挥其硬度高、耐磨的特点，故称镀硬铬。（3）镀硬铬的优点：工件大小不受限制；镀层厚度较厚，可以适当弥补因加工超差的工件尺寸；成本较低。（4）镀硬铬的缺点：硬度较差，耐磨性较差；镀层厚度较厚，不能满足高精度要求，锋利的刀具镀后刃口会变钝；环保问题严重。4、渗氮的简介纳米涂层技术（1）氮化：将待处理的工件放在渗氮炉中，炉内加温 500700，充入的含氮气体在高温状态下分解后产生活性氮原子，被刚才表面吸收渗入其中并且不断自表面向内扩散，形成氮化层，表面硬度可达 9001100HV。（2）氮化的优点：工件大小不受限制；氮元素与工件基材结果，故结果牢固；成本较低。（3）氮化的缺点：硬度较低，耐磨性较差；应用面窄，只能针对钢材；表面仍是钢材的特性，不能改善与金属粘黏等问题。
