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不鏽鋼表麵納米多層鍍膜技術應用
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時間 : 2020-08-24 23:10 瀏覽量 : 4

 在鋼製工件表麵,特別是不鏽鋼工件上形成耐磨耐腐蝕和抗氧化塗層的傳統方法是在表麵鍍硬鉻,但電鍍過程中產生的六價鉻會嚴重汙染環境 CrN(氮化鉻)塗層具有硬度高,韌性好,耐磨性好,內應力低,抗氧化性能好,耐腐蝕性好,化學穩定性好等優點。

 與一般 TiN 塗層相比,摩擦係數較低,耐腐蝕性較好,耐磨性和抗衝擊性良好。陰極電弧離子鍍具有高的靶電離率和強的膜基鍵合力的優點,但是在沉積過程中產生了許多大顆粒,這影響了膜的表麵粗糙度。磁控濺射具有成膜粗糙度小,無大顆粒,光滑均勻的特點。然而,反應磁控濺射具有高反應性氣體或金屬靶的電離率,並且所獲得的膜往往具有許多空隙和缺陷,這傾向於導致不充分和致密的膜結構和差的耐腐蝕性。目前,兩種技術主要用於去除大顆粒汙染。第二種是在運輸過程中對液體顆粒進行磁過濾。過濾陰極真空電弧沉積是一種磁場,引導等離子體繞過障礙物,而大顆粒由於電中性而與障礙物碰撞,從而去除大顆粒並避開薄膜。然而,磁過濾真空陰極電弧沉積塗層效率低的技術缺陷限製了其商業化和應用;而且,未徹底過濾的大顆粒容易被管壁反彈,從而導致靶和腔的汙染。 最近的研究表明,通過高功率脈衝磁控濺射(HIPIMS)沉積製備的 CrN 塗層更致密,更均勻和更光滑。HIPIMS 技術是一種磁控濺射技術,它使用高脈衝峰值功率和低脈衝占空比來產生高濺射金屬電離率。同時,HIPIMS 的峰值功率約為 1000-3000W/cm2,是普通磁控濺射的 100 倍。HIPIMS 的低能離子束電流可以提高沉積原子的表麵擴散 能力,提高塗層的致密性和均勻性;同時,離子轟擊可以促進沉積原子的重複成核和再結晶,從而抑製柱狀晶粒滲透到塗層中,促進晶粒細化,並改善塗層性能。HIPIMS 的問題是塗層的沉積速率大大降低。

 納米多層鍍膜技術研究進展 近年來,多層膜技術,特別是納米多層膜技術,由於其綜合性能如硬度和韌性而備受關注。與單層薄膜塗層相比,多層薄膜塗層具有以下優點:首先,多層塗層可與基材形成良好的粘合。形成如 Ti/TiN/TiC、Cr/CrN 等多層膜塗層體係;其次,多層薄膜塗層可以獲得不同的塗層材料的功能組合,例如,使用中間層來改善塗層支撐力,熱穩定性等,通過頂層薄膜提供高硬度或潤滑抗磨損性能在多層膜係統中存在平行於基板表麵的多個界麵,其可以有效地抑製裂縫的產生和膨脹,匹配塗層的硬度和韌性,並獲得適度的殘餘應力水平。從而提高塗層整體力學性能。此外,納米多層薄膜塗層還具有“應力阻擋”效應,可有效降低塗層外表麵和次表麵的應力,從而提高其承載能力。 為了改善二元金屬氮化物膜的性能,將多種元素添加到二元膜中以製備多組分硬質金屬氮化物膜。

 特別近年來,已經發現在 CrN 基膜中摻雜 C, Al 和 Si 可以極大地改善諸如基於 CrN 的高溫抗氧化性,耐磨性和水潤滑性的機械性能。現有(Cr, Al)N 薄膜的製備方法主要是基於傳統的離子鍍工藝,重點關注抗摩擦和耐磨性的微觀機理以及 Al, Si 或 C 元素的摻雜效應,尤其是此外,雖然現有的(Cr,Si)N 薄膜的製備方法已經在離子鍍複合工藝中得到了研究,但它仍然專注於解決(Cr,應用 Si)N 薄膜的力學性能


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