pvd在汽车工业的应用课件

PVD/PACVD在汽车工业的应用硬质膜耐磨涂层的材料体系PVD涂层方法涂层在汽车另件的应用汽车刀具涂层的应用硬质膜耐磨涂层的材料体系第一代硬质膜耐磨涂层材料：TiC，TiN•

采用CVD产业化时间开始于1968年，由瑞典山德维克公司应用于硬质合金刀片。•

化学气相沉积的化学反应完全，

强度高，特别适合于刀具涂层这类高

接触应力工作条件。绕镀性能，装载量大，生产成本低，设备结构较简单，有利于减少投资。•

但CVD法的硬质膜要在高温下才能合成，沉积温度高（900-1100℃）易造成刀具材料抗弯强度的下降，因此基材仅限于硬质合金，应用面太窄。并且采用氯化物作物料源，不利于环保；涂层内部为拉应力状态，使用中易导致微裂纹的产生。•

·在80年代中期，美国多弧公司购买前苏联（俄国）电弧离子镀（AIP）专利，经改进后，发展成为全世界氮化钛镀层的主流生产设备。•

电弧离子镀（AIP）是物理气相沉积工艺方法（PVD）的一种，具有沉积温度低（<550℃），比CVD有大幅度下降，能形成牢固膜基结合起来，生成致密的膜层，能形成高键能化合物，对刀具材料的抗弯强度没有影响，涂层内部为压应力，更适用于高速钢刀具耐磨涂层，为数控机床自动化生产在80年代的普及起了关键性的作用。第二代硬质膜耐磨涂层材料：Ti-N系化合物硬质膜•

a

单组元氮化物：TiN，CrN，ZrN，TaN，HfN•

b单组元碳化物：TiC•

c双组元化合物：（Ti，Al）N•

D复合化合物：Ti（C，N）•

产业化时间在90年代初期第三代硬质膜耐磨涂层材料Ti-N系化合物多层硬质膜•

a

TiN/Ti（C，N）•

b

TiN/（Ti，Al）N•

c

TiN/CrN•

d

Ti（C，N）/（Ti，Al）N•

e

Ti/TiN•PVD产业化时间在90年代中期，这是由于为满足涂层由单一镀层向复合镀层发展，扩大镀层功能，改善镀层结合力等性能要求，先进的涂层工艺，沉积设备，试验设备的开发和应用在国外发展迅速，除真空蒸镀（evaporation），热阴极等离子弧镀，多弧离子镀（电弧离子镀AIP及完善化的电弧离子镀PBAIP——脉冲偏冲电弧离子镀）外，还有采用计算

机控制，平衡或非平衡磁控系统的溅射镀（

Sputtering

），

使镀膜技术形成了世界范围的产业，有力地推进了自动化数控机床的普及。第四代硬质膜耐磨涂层材料•

a

碳质润滑膜•

1）类金刚石膜（DLC）•

2）CNx膜（Hv2000-3000）•

3）多层复合膜•

b

纳米多层复合耐磨涂层•

这些是21世纪耐磨涂层产业化发展的新方向，纳米多层复合硬质膜先进耐磨涂层广泛用于切削刀具，并推广应用到大型模具和汽车、摩托车等机械零部件，满足纳米电子学、信息微机械等高技术领域的需求。各种涂层的性能硬镀层低磨擦镀层TiNTiALN2800TiCN3200TiBNCrNDLCMOST1500硬度（HV）25004000-50001500-25001500-3500厚度μm10553-160.43-100.61-51摩擦系数（相0.70.70.70.150.05对于钢）抗氧性能（℃）400400800400400400700600------<200----沉积温度（℃）300-350<250<200最新涂层的性能PVD/PACVD涂层的应用PVD主要有三种方法•

——真空蒸镀（evaporation）•

——溅射镀（sputtering）•

——离子镀（AIP）•

由于真空蒸镀时原子能量较低，比较难形成合金，因此其不用于硬质涂层，一般大多用于纯金属材料镀层。平衡磁控溅控（balanced

magnetron

sputtering

）

•

磁控溅射镀膜技术突出的优点是膜层组织细密，磁控靶可以做成较大的面积。平衡磁控溅控是在南北极之间形成均匀封闭的磁场，来约束二次电子在靶面做螺旋线运动，以提高溅射速率。但这种结构，高密度等离子体只能分布在靶面附近，工件附近的等离子体密度低，这样工件只能安置在距靶面50—100mm范围，限制了被镀工件的尺寸。由辅助离子源增强的平衡磁控溅射（balanced

magnetron

sputtering

enhanced

byauxiliary

plasma

source）•

这个技术在法国HEF获得发展，获得专利名为PEMSTM（离子加强磁控•

溅射）。它包含了先进的磁控溅射技术（高的，少的涂层缺陷，良好的靶材）并且离子化程度高，以致能形成高密度的硬涂层。•

用带溅射屏蔽的辅助离子源在低电压（-200vn—350v）高电流溅射清洁靶的同时，完成对零件的偏移溅射，除非零件未被污染，则可以从靶直接蒸发之。以致在用低电压时，非金属离子能沉积在刻蚀零件表面，从而阴极处涂层薄，而且增加了溅射的均匀性。•在HEF工艺中，溅射刻蚀一直要进行到沉积开始为止，使零件的附着力不断地改善。当涂层生成时，高速离子源的电流，以达到最佳离子密度，而使涂层密度最佳，生成可靠，单独地控制离子流和偏压执行最佳工艺以获得令人满意的涂层质量和再现性。HEF公司PEMSTM（离子增强磁控溅射)TEER公司四靶闭合非平衡磁控溅射装置示意图离子镀PVD涂层系统图用于MeDLC的阴极配置图荷兰HAUZER设备型号涂层设备的夹具HAUZERPVD设备特点涂层在汽车另件的应用PVD在发动机另件上的应用在发动机上磨擦损耗的分布活塞环及活塞销直喷喷油系统的应用燃油喷嘴系统用于曲轴滑动轴承凸轮轴柱塞泵装饰涂层应用实例1装饰涂层应用实例2汽车刀具涂层的应用适用范围采用的涂层用于高速高寿命切削加工高强度、高硬度铸铁（钢）、锻钢、镁铝合金、粉末冶金等不同材质、不同要求的立铣刀、铰刀、钻头、复合孔加工刀具、齿轮滚刀、插齿刀、刨齿刀、成形拉刀、推刀。以基体为高速钢

WCO

类硬质合金，

Ti

基类金属陶瓷刀具的表面改性涂层材料：各类涂层TiN,TiCN,TiALN,ALTiN,AL2O3,CrN,ZrC,MOS2,WS2等。用于铣削、车削、钻削、铰