新型涂层技术的研究与应用

《装备制造技术》２００６年第３期　

刀具涂层技术的应用开发研究　

黄世伟　，黄伟　

（１．广西大学，广西南宁５３０００４；２．广西玉柴机器股份有限公司，广西玉林５３７００５）　

摘要：采用国内比较先进的ＤＨ一１０型多弧离子镀设备（ＰＶＤ）根据加工对象制定合适的涂层工艺对硬质合金刀　片进行涂层，然后进行切削对比试验，证实了该涂层硬质舍金刀片比未涂层硬质合金刀片使用寿命有很大的提　

高。　关键词：硬质舍金刀片；涂层工艺；切削对比试验；使用寿命　中图分类号：ＴＧ７１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—５４５Ｘ（２００６）Ｏ３—００３１—０２　

引言　２涂层刀具批量生产的质量保证　

目前，国内涂层刀具使用厂家在刀具涂层技术方面的研　

究比较少，而涂层具生产厂家与使用厂家共同对涂层技术研　

究开发更少，满足不了生产的需要，因而不少涂层刀具还需　

依靠进口。为了适应我国工业迅速发展对涂层刀具的急迫需　

求，尽快缩小我国涂层刀具行业与世界水平的差距，我们应　

当努力开发刀具涂层技术，生产出高性能、高质量的涂层刀　

具，满足国内制造业的需求，减少涂层刀具进口，节省外汇，　为我国经济建设做出贡献　

１工艺的制定　

根据广西玉柴冷加工厂Ｏ５缸盖车间刀具的实际使用情　

况，本项目选定其加工流水线２Ｏ号铣缸盖顶面工序，机床设　

备为转台铣床。机床上的刀盘为密齿铣刀盘（规格为Ｄ一３５０，　Ｚ＝４５），刀盘上所装的刀片为ＳＰＣＮ１５Ｏ４ＥＤＬ（材料为　

ＹＧ６Ｘ）。工艺的制定主要是根据被加工材料的材质（气缸盖：　

铬钼铜铸铁、硬度：ＨＢ２００￣２５５）的特性，我们采用ＤＨ—１０型　

多弧离子镀设备和国际流行的新工艺，参照多年来自身研制　

成功的复合多层镀的涂层工艺来制定此次的生产工艺一ＴｉＮ　

＋ＴｉＣＮ＋ＴｉＮ＋ＴｉＣＮ＋ＴｉＮ。　涂层与基体结合力是否牢固直接影响到刀具的使用寿　

命，要保障涂层与基体的结合力，首先要做好涂层前的清洁　

处理，此次采用获国家发明专利的超声波清洗技术，既去除　

金属表面涂层材料的研发及应用

近年来，金属表面涂层材料的研发及应用受到越来越多的关注。随着科技的发展和进步，人类对材料的需求也变得越来越高。金属表面涂层材料作为一种重要的材料，具有很多优点。

一、金属表面涂层材料的种类及特点

金属表面涂层材料主要分为七类:化学镀层、电镀层、热浸镀层、热喷涂、冷喷涂、化学气相沉积及物理气相沉积。这些涂层材料在不同的应用领域有着广泛的用途。

化学镀层是利用电化学方法，在表面形成具有一定厚度的金属层，常用的金属有铜、镍、铬等。它的主要特点是成本低、易于操作、镀层能够紧密地附着于基体表面、能够在复杂的形状和制造工艺上得到应用。

电镀层是将金属离子在基体表面沉积，形成具有一定厚度的金属层。电镀层包括镀铬、镀铜、镀镍等。它的主要特点是制备工艺简单、具有良好的机械性能、密着性好、外观美观。

热喷涂是一种利用热能使金属粉末的凝结与基体表面结合而形成涂层的方法。热喷涂具有优异的耐磨、耐腐蚀、耐高温等性能，可以用于航空航天、汽车零部件、机械制造等领域。

冷喷涂是将金属粉末通过高速气流喷射于基体表面，再与基体表面结合而形成的涂层。冷喷涂具有良好的附着力、较高的密着性、低热影响区域、涂层光亮度好等特点。

化学气相沉积是指将化学反应气体通过加热的方法，使其在表面形成具有一定厚度的复杂陶瓷涂层。化学气相沉积具有极高的硬度、高的热稳定性、优异的耐磨损及抗蚀性能，多用于制备高温工作零件。 物理气相沉积是指利用物理手段在表面形成具有一定厚度的陶瓷涂层或金属涂层。物理气相沉积涂层具有较高的附着力、较高的硬度、较高的耐磨性，同时还具有抗高温、耐腐蚀、抗氧化等优良特性。

二、金属表面涂层材料的应用

针对各种不同的应用领域，金属表面涂层材料的种类也各不相同。下面我们来重点介绍一下几个常见的应用领域。

1、汽车领域：在汽车零部件上应用金属表面涂层材料，可以提高零部件的耐腐蚀性、耐磨性和抗高温性能。

2、航空航天领域：在航空航天领域，热喷涂、化学气相沉积等金属表面涂层材料能够提高船体的降阻性、减小摩擦系数，延长结构寿命。

电泳沉积制备纳米涂层材料的研究与应用

电泳沉积是一种广泛应用于制备纳米涂层材料的技术。它是通过电场驱动的原理，在电解液中溶解或悬浮纳米材料的同时加上电场，使其沉积在带电极上，从而形成高质量的纳米涂层。这种技术具有制备纳米涂层材料的高效、低成本和高可控性等优点，因此在各种领域的应用越来越广泛。

电泳沉积纳米涂层材料的制备获取了高质量、高纯度和均匀性好的涂层材料。在这个过程中，需要选择合适的电解液以及纳米材料来实现。此外，电泳沉积的过程较为简单，易于控制，可以通过改变电场强度、时间、温度等因素来调整涂层的性能。

在材料科学领域，电泳沉积纳米涂层材料被广泛应用于制备复合材料、电池材料、光学薄膜等领域。例如，在制备锂离子电池材料时，电泳沉积纳米涂层材料可以提高电池的循环性能和稳定性。另外，在光电材料领域，电泳沉积的纳米涂层可以提高材料的透明度和抗反射性能。

除了材料科学领域，电泳沉积纳米涂层材料还被应用于生物医学、环境科学和纳米传感领域。在生物医学领域，电泳沉积可以用于制备用于成像的生物标记物材料。在环境科学领域，电泳沉积可以用于制备用于污染清除的催化剂材料。在纳米传感领域，电泳沉积可以用于制备纳米结构传感器，实现对微小物质的检测。

总之，电泳沉积纳米涂层材料作为一种新型的涂层制备技术，具有制备高质量、高纯度和均匀性好的材料的优点，被广泛应用于各种领域。随着技术的进步和人们对纳米材料研究的深入，电泳沉积纳米涂层材料的应用前景将更加广阔。

金属-陶瓷功能梯度涂层工艺的应用现状

1前言

金属具有高的热导率、韧性及延展性等性能，陶瓷硬度高、耐磨、耐蚀、耐高温，有些陶瓷还具有隔热、绝缘或光能转换等特殊性能。因此，如何把金属与陶瓷的优异性能结合起来，多年来一直是材料科学与工程研究的方向。

金属表面陶瓷涂层依其功能大致可分为耐热涂层(热障涂层)、耐磨涂层、耐蚀涂层、生物功能涂层及其它特殊功能涂层等［1］。然而，陶瓷和金属的热膨胀系数(CTE)及弹性模量等性能不相匹配，且基体与涂层间存在明显界面，因此，表面具有陶瓷涂层的金属零部件在应用过程中会发生涂层开裂或剥落损坏等现象［2～4］。双层涂层及多层涂层体系也不能消除基体与涂层间及涂层内部层与层间性能不匹配问题［4～6］。为此，开发了功能梯度涂层(FGM涂层)。在FGM涂层中，沿涂层厚度方向，随涂层厚度增加，陶瓷相成分含量逐渐增加，金属相成分含量则相应减小，即金属相与陶瓷相涂层间无明显界面，很好地解决了二者性能不相匹配的问题，最大程度地削弱或消除了涂层中的应力，提高涂层与基体间结合强度［6～8］。

目前，FGM涂层在航空、航天、能源和生物医学等各个领域均已获得应用［4，9～11］。而且，FGM深层制备工艺也迅速发展，日本、美国、英国、中国和德国等许多国家均在进行FGM深层工艺的研究［10，12，13］。 本文对FGM涂层的制备工艺及其应用进行简单综述，提出了当今FGM深层工艺中存在的主要问题。

2FGM涂层工艺及应用

目前制备FGM涂层的工艺方法多种多样，主要有气相沉积法、自蔓延高温合成法、等离子喷涂法及激光熔覆法等。

2.1气相沉积法

制备FGM涂层的气相沉积法包括物理气相沉积法(PVD)和化学气相沉积法(CVD)。这两种方法又可细分为许多具体的工艺方法［7，29］。

一般地说，气相沉积法可以制得很薄的梯度涂层［14］。但是，PVD法难以在复杂形状表面沉积涂层，而CVD法可以在形状复杂的零件表面制备出梯度涂层，而且沉积层表面光滑致密，沉积率较高［7］。