物理气相沉积硬质涂层的开发及工程应用.pptxVIP

物理气相沉积硬质涂层的开发及工程应用

汇报人：

2024-01-27

CATALOGUE

目录

引言

物理气相沉积技术原理及设备

硬质涂层材料选择与性能分析

硬质涂层制备工艺优化与实验研究

工程应用案例展示与效果评价

总结与展望

引言

01

03

PVD技术具有环保、高效、涂层质量稳定等优点，符合绿色制造和高端制造需求。

01

硬质涂层广泛应用于航空航天、汽车、模具等领域，提高材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。

02

物理气相沉积（PVD）技术是一种先进的表面工程技术，可制备高性能硬质涂层。

01

国内外在PVD硬质涂层的研究方面已取得显著进展，开发出多种涂层材料和工艺。

02

当前研究热点包括新型涂层材料开发、涂层结构设计、工艺优化和性能评价等。

未来发展趋势是开发高性能、多功能涂层，实现涂层制备的智能化和自动化。

03

物理气相沉积技术原理及设备

02

通过加热使材料蒸发，蒸发后的材料粒子在基体上沉积形成涂层。

溅射原理

利用高能粒子轰击靶材，使靶材原子或分子溅射出来，在基体上沉积形成涂层。

离子镀原理

在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质部分电离，并在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时把蒸发物或其反应物沉积在基片上。

蒸发原理

真空系统

加热系统

蒸发源或溅射靶

控制系统

提供高真空环境，保证涂层质量。

提供蒸发或溅射所需的能量，使材料粒子从源或靶中逸出。

对基体进行预热和加热，提高涂层与基体的结合力。

对整个沉积过程进行精确控制，包括温度、压力、时间等参数。

涂层后处理

对沉积完成的涂层进行后处理，如热处理、表面处理等，提高涂层性能和使用寿命。

沉积过程

启动设备，按照设定的工艺参数进行沉积操作，注意观察设备运行状态和涂层质量。

工艺参数设定

根据涂层材料和基体材料特性，设定合适的工艺参数，如温度、压力、时间等。

基体准备

清洗基体表面，去除油污和杂质，保证涂层与基体的良好结合。

设备准备

检查设备各部件是否正常，确保真空系统、加热系统、蒸发源或溅射靶等处于良好状态。

硬质涂层材料选择与性能分析

03

如碳化硅（SiC）、碳化钛（TiC）等，具有高硬度、高热稳定性和良好的耐磨性。

碳化物涂层

氮化物涂层

氧化物涂层

金属涂层

如氮化钛（TiN）、氮化铝（AlN）等，具有高硬度、良好的耐腐蚀性和抗氧化性。

如氧化铝（Al2O3）、氧化锆（ZrO2）等，具有高硬度、高热稳定性和良好的耐腐蚀性。

如铬（Cr）、钨（W）等，具有高硬度、良好的耐磨性和耐腐蚀性。

耐磨性

根据应用场合选择具有高耐磨性的涂层材料。

耐腐蚀性

根据环境介质选择具有良好耐腐蚀性的涂层材料。

热稳定性

根据工作温度选择具有高热稳定性的涂层材料。

结合力

选择与基体材料结合力强的涂层材料，以确保涂层的附着力和使用寿命。

采用显微硬度计测试涂层的硬度，以评价其抵抗局部变形的能力。

硬度测试

采用磨损试验机测试涂层的耐磨性，以评价其在摩擦条件下的抗磨损能力。

耐磨性测试

采用盐雾试验、湿热试验等方法测试涂层的耐腐蚀性，以评价其在不同环境介质中的耐腐蚀性能。

耐腐蚀性测试

采用划痕试验、压痕试验等方法测试涂层与基体材料的结合力，以评价涂层的附着力和使用寿命。

结合力测试

硬质涂层制备工艺优化与实验研究

04

基体温度

基体温度影响涂层与基体的结合力以及涂层的内应力，过高或过低的温度都会导致涂层性能下降。

沉积速率

沉积速率影响涂层的致密性和硬度，速率过快可能导致涂层疏松，速率过慢则可能导致涂层过厚。

工作气压

工作气压影响涂层中颗粒的大小和分布，气压过高可能导致颗粒粗大，气压过低则可能导致颗粒细小且不均匀。

优化目标

以提高涂层硬度、耐磨性和结合力为目标，设计多组实验方案。

实验设计

采用控制变量法，分别改变基体温度、沉积速率和工作气压等参数，制备多组涂层样品。

实施过程

按照实验设计方案，严格控制实验条件，记录实验数据，并对涂层样品进行性能测试和表征。

工程应用案例展示与效果评价

05

通过物理气相沉积技术在曲轴轴承表面制备硬质涂层，如WC-Co等，可增强轴承的承载能力和抗疲劳性能。

曲轴轴承表面涂层

采用物理气相沉积技术在活塞环表面制备硬质涂层，如CrN、TiN等，可显著提高活塞环的耐磨性和耐腐蚀性，延长使用寿命。

活塞环表面涂层

在气缸套内壁制备硬质涂层，如DLC（类金刚石碳）涂层，可降低摩擦系数，减少磨损，提高发动机性能。

气缸套内壁涂层

1

2

3

在航空发动机叶片表面制备硬质涂层，如TiAlN、CrSiN等，可提高叶片的耐高温、抗氧化和耐磨性能，延长使用寿命。

发动机叶片涂层

通过物理气相沉积技术在轴承和齿轮表面制备硬质涂层，如MoS2、WS2等，可降低摩擦系数，减少磨损，提高传动效率。

轴承和齿轮涂层

在航天器外壳表面制备硬质涂层，如ZrN