薄膜在机械领域的应用详解.pptVIP

薄膜技术在机械领域的应用 李贵才 超硬薄膜材料 金刚石薄膜 类金刚石薄膜（DLC） 立方氮化硼(c-BN)薄膜 碳氮薄膜 智能薄膜材料 形状记忆合金薄膜 纳米薄膜材料 手段和目的：采用化学的、物理的方法改变材料或工件表面的化学成分或组织结构以提高机器零件或材料性能。 方法：包括化学热处理(渗氮、渗碳、渗金属等);表面涂层(低压等离子喷涂、低压电弧喷涂、激光重熔复合等薄膜镀层(物理气相沉积、化学气相沉积等)和非金属涂层技术等。 作用：赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射、导电、导磁等各种新的特性。使原来在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质环境下工作的零件，提高了可靠性、延长了使用寿命。 应用概况 超硬薄膜材料 类金刚石薄膜（DLC） 制备： DLC是一种以碳或以碳和氢为主要成分的非晶碳基薄膜材料。制备方法包括CVD（离子束辅助，直流等离子体，射频等离子体和微波放电等）和PVD（阴极电弧沉积，溅射碳靶和脉冲激光熔融等）方法。 性能：与金刚石膜的性质很相近，具有很多优良的力学、电学、光学、热学和声学等物理性质，如高硬度、耐磨损、表面光洁度高、低电阻率、高透光率，又有十分好的化学稳定性。极高的硬度(具有接近金刚石的高硬度)和优异的抗磨损性能，适于作切削刀具、轴承、齿轮及活塞等易磨损机件的镀层；耐腐蚀(防酸、防碱)性能好，可以防止酸、碱及有机试剂的侵蚀；摩擦系数低(0.005~0.002)，表面非常平滑，在装饰工业及生命科学等领域都具有很好的应用前景 应用：作为功能薄膜和保护薄膜，其广泛应用于机械、电子、光学、医学、航天等领域中。 机械领域如：DLC硬质合金刀具，DLC纤维砂轮，可以对各种难加工材料和硬脆材料进行精密加工和纳米加工。用作刀具涂层，能提高刀具寿命和刀具边缘的硬度，减少刃磨时间，节约成本。用作量具表面涂层，不致于使其改变尺寸和划伤表面。 它良好的化学稳定，防止酸碱及有机溶液侵蚀，适用于化工机械部件和多种装饰件的镀层。 DLC 膜在机械领域上的应用 1.钻头、铣刀 DLC 膜可以应用于钻头和铣刀上, 特别是掺杂金属的 DLC 膜, 它不仅具有高的硬度, 还具有低的摩擦系数、抗有色金属粘结。 广州有色金属研究院进行了在铣刀上镀 TiAlN+DLC 膜, 在加工有色金属时明显提高使用寿命及加工质量。 2.光盘模具及其辅助模具 光盘模具是生产 CD、CDR、DVD 的 重要工具 , 为了减少它与母盘( 镍盘) 的摩擦, 希望模具表面硬且摩擦系数小, 目前, 国外大多采用 DLC 膜层, 大大提高了模具的寿命和盘片的质量。 3.芯轴 DLC 膜的耐磨减摩及耐腐蚀性, 可 显著提 高齿轮、芯轴等运动部件的使用性能及寿命。 图 3 为广州有色金属研究院制备的 DLC 膜层芯轴, 其寿命延长了 3 倍以上, 耐腐蚀性提高 4 倍以上。 4.刀片上的应用 现在 DLC 也在各种刀片如: 剪刀、刮胡刀等上面得到应用。DLC 膜减小了刀片与皮肤的摩擦, 改善了刀片的性能, 延长了使用寿命。 5.关键零部件上的应用 DLC 膜在许多关键零部件也能发挥其优 良的性能, 如在制冷机的活塞上的应用( 见图5) 利用其低的摩擦系数, 降低摩擦力, 提高耐磨性, 达到无油润滑及使用寿命要求。 在缝纫机配件- 旋梭上镀 DLC 膜( 见图 6) 替代原来的电镀硬铬处理, 不但避免了污染环境的问题, 而且, 明显提高工件表面硬度及耐磨性, 使用寿命提高了 10 倍以上, 同时, 也因表面膜层摩擦系数降低后,使机器运行过程中产生的噪音变小。 目前，类金刚石膜在部分领域的应用已经达到了实用化阶段。人们对类金刚石膜在各个领域的应用研究工作还在进行中，还有许多问题需要解决，例如：在实现类金刚石膜的全方位、大面积、均匀沉积以及获得类金刚石膜良好的膜一基结合力等方面还有许多的工作要做。 立方氮化硼(c-BN)薄膜 ??? c-BN的硬度仅次于金刚石，但却比金刚石具有更高的 热稳定性和化学稳定性，因此作为切削工具材料比金 刚石更为优越，金刚石不能用于加工钢铁材料，而立方氮化硼工具胜任包括钢铁材料在内的几乎任何材料的加工。 采用溅射沉积、离子束辅助沉积、离子镀、等离子体辅助CVD等物理和化学气相沉积方法都可以制备立方氮化硼 c-BN薄膜主要应用有刀具，涂层刀片和砂轮等，但是目前仍处于研究阶段，研究的焦点是寻求控制和降低c-BN薄膜内应力的技术途径和制备高质量晶态c-BN薄膜的方法。 碳氮薄膜 Cohen等人在20世纪90年代初预言在C-N体系中可能存在硬度可能超过金刚石