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埃尔派知识课堂:机械零件常用的超硬涂层有哪些

2021-01-25
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作者:埃尔派
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超硬涂层材料通常由Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ主族元素构成的单质或共价键化合物组成,目前能够满足这个标准的材料有氮化碳、金刚石、类金刚石、立方氮化硼等。利用物理气相沉积法或化学气相沉积法将这些材料沉积到基体表面即可获得超硬涂层。这种涂层不但具有与材料本身同样的优良特性,且实用性较材料本身更强。...

超硬涂层材料通常由Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ主族元素构成的单质或共价键化合物组成,目前能够满足这个标准的材料有氮化碳、金刚石、类金刚石、立方氮化硼等。利用物理气相沉积法或化学气相沉积法将这些材料沉积到基体表面即可获得超硬涂层。这种涂层不但具有与材料本身同样的优良特性,且实用性较材料本身更强。

氮化碳涂层

Teter等采用共轭梯度法计算后认为,可能存在α-C3N4、β-C3N4、立方相c-C3N4、准立方相p-C3N4以及类石墨相g-C3N4等五种结构。除石墨相外,其它四种结构的硬度都接近或超过了金刚石的硬度。除硬度高外,氮化碳还具有高弹性、低摩擦因数、抗氧化、耐磨损、耐腐蚀等优势,同时还有较大的禁带宽度和较高的折射率等,其化学惰性和稳定性都优于金刚石。

金刚石涂层

金刚石是自然界中已知的硬度最高的物质,其具有低摩擦因数、高弹性模量、高导热系数、高声传播速度、宽的能带隙和良好的化学稳定性等,一般会采用化学气相沉积法制备金刚石涂层,它具有与天然金刚石非常相近的物理和化学性能。目前,部分产品已进入产业化推广阶段,并形成了一定的市场规模,应用领域非常多。

类金刚石涂层

类金刚石涂层具有与金刚石涂层非常相近的性能,即极高的硬度、电阻率、导热系数、电绝缘强度、红外透射性以及光学折射率等,同时具有良好的化学稳定性和生物相容性,在机械、电子、光学、声学、计算机以及生物医学等领域有着广阔的应用前景。但受沉积方式和环境影响,类金刚石涂层中可能含有氢等杂质,以及各种C-H键。因此,不同的制备方法和工艺条件对涂层的性能,尤其是硬度的影响很大。

立方氮化硼涂层

氮化硼是一种Ⅲ-Ⅴ族共价化合物,有四种异构体,其中,立方氮化硼具有与金刚石类似的结构,硬度仅次于金刚石,但其涂层具有比金刚石更高的热稳定性、化学稳定性和抗氧化性,还具有良好的透光性,因而广泛应用于精密加工和研磨钢铁等黑色金属、光学窗口材料的表面防护涂层。立方氮化硼是理想的刀具及各种机械耐磨部件的耐磨涂层,其宽的光带间隙、高导热系数以及良好的绝缘性也使得它在微电子领域具有非常广阔的应用前景。

目前,超硬涂层材料被广泛用于仪表工程、核电装备、半导体工业、航空航天制造和现代工业制造等诸多领域。但要确保涂层实际使用的效果理想,除了要对超硬涂层的制备及改性技术进行深入研究外,还需要根据涂层服役工况进行相关的性能研究和损伤监测,以避免因分层、开裂、腐蚀、变色等导致涂层完全失效。

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