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不銹鋼表面納米多層鍍膜技術應用
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佳達

時間 : 2020-08-24 23:10 瀏覽量 : 19

 在鋼制工件表面,特別是不銹鋼工件上形成耐磨耐腐蝕和抗氧化涂層的傳統方法是在表面鍍硬鉻,但電鍍過程中產生的六價鉻會嚴重污染環境 CrN(氮化鉻)涂層具有硬度高,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 涂層相比,摩擦系數較低,耐腐蝕性較好,耐磨性和抗沖擊性良好。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,這影響了膜的表面粗糙度。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,并且所獲得的膜往往具有許多空隙和缺陷,這傾向于導致不充分和致密的膜結構和差的耐腐蝕性。目前,兩種技術主要用于去除大顆粒污染。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,而大顆粒由于電中性而與障礙物碰撞,從而去除大顆粒并避開薄膜。然而,磁過濾真空陰極電弧沉積涂層效率低的技術缺陷限制了其商業化和應用;而且,未徹底過濾的大顆粒容易被管壁反彈,從而導致靶和腔的污染。 最近的研究表明,通過高功率脈沖磁控濺射(HIPIMS)沉積制備的 CrN 涂層更致密,更均勻和更光滑。HIPIMS 技術是一種磁控濺射技術,它使用高脈沖峰值功率和低脈沖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面擴散 能力,提高涂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復成核和再結晶,從而抑制柱狀晶粒滲透到涂層中,促進晶粒細化,并改善涂層性能。HIPIMS 的問題是涂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,由于其綜合性能如硬度和韌性而備受關注。與單層薄膜涂層相比,多層薄膜涂層具有以下優點:首先,多層涂層可與基材形成良好的粘合。形成如 Ti/TiN/TiC、Cr/CrN 等多層膜涂層體系;其次,多層薄膜涂層可以獲得不同的涂層材料的功能組合,例如,使用中間層來改善涂層支撐力,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系統中存在平行于基板表面的多個界面,其可以有效地抑制裂縫的產生和膨脹,匹配涂層的硬度和韌性,并獲得適度的殘余應力水平。從而提高涂層整體力學性能。此外,納米多層薄膜涂層還具有“應力阻擋”效應,可有效降低涂層外表面和次表面的應力,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制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于 CrN 的高溫抗氧化性,耐磨性和水潤滑性的機械性能?,F有(Cr, Al)N 薄膜的制備方法主要是基于傳統的離子鍍工藝,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 薄膜的制備方法已經在離子鍍復合工藝中得到了研究,但它仍然專注于解決(Cr,應用 Si)N 薄膜的力學性能


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