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是為了防護(hù),絕緣,裝飾等目的,涂布于金屬,織物,塑料等基體上的塑料薄層。

高溫電絕緣涂層

用銅、鋁等金屬做成的導(dǎo)線外面,或有絕緣漆、或有塑料、橡膠等絕緣包皮。然而,絕緣漆、塑料、橡膠都怕高溫,一般超過200℃就會(huì)集化,失去絕緣性能。而許多電線正需要在高溫下工作,那該怎么辦呢?對(duì),讓高溫電絕緣涂層來幫忙,這種涂層實(shí)際上是一種陶瓷涂層,它除了能在高溫下保持電絕緣性能外,還能與金屬導(dǎo)線緊密"團(tuán)結(jié)"在一起,做到"天衣無縫",任你將導(dǎo)線七繞八彎,它們也不會(huì)分離,這種涂層非常致密,涂上它,兩根電壓差很大的導(dǎo)線碰在一起,也不會(huì)發(fā)生擊穿現(xiàn)象。

高溫電絕緣涂層根據(jù)其化學(xué)成分的不同,可分為許多種類。如石墨導(dǎo)體表面上的氮化硼或氧化鋁、氟化銅涂層,到400℃仍有良好的電絕緣性能。金屬導(dǎo)線上的搪瓷到700℃,磷酸鹽為基的無機(jī)粘結(jié)劑涂層到1000℃,等離子噴涂氧化鋁涂層在1300℃,都仍保持著良好的電絕緣性能。

高溫電絕緣涂層已在電力、電機(jī)、電器、電子、航空、原子能、空間技術(shù)等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。

1、耐磨損涂層

包括抗粘著磨損、表面疲勞磨損涂層和耐沖蝕涂層。其中有些情況還有抗低溫(<538℃)磨損和抗高溫(538~843℃)磨損涂層之分。

2、耐熱抗氧化涂層

該種涂層包括高溫過程(其中有氧化氣氛、腐蝕性氣體、高于843℃的沖蝕及熱障)和熔融金屬過程(其中有熔融鋅、熔融鋁、熔融鐵和鋼、熔融銅)所應(yīng)用的涂層。

3、抗大氣和浸漬腐蝕涂層

大氣腐蝕包括工業(yè)氣氛、鹽性氣氛、田野氣氛等造成的腐蝕;浸漬腐蝕包括飲用淡水、非飲用淡水、熱淡水、鹽水、化學(xué)和食品加工等造成的腐蝕。

4、電導(dǎo)和電阻涂層

該種涂層用于電導(dǎo)、電阻和屏蔽。

5、恢復(fù)尺寸涂層

該種涂層用于鐵基(可切削與可磨削的碳鋼和耐蝕鋼)和有色金屬(鎳、鈷、銅、鋁、鈦及他們的合金)制品。

6、機(jī)械部件間隙控制涂層

該種涂層可磨。

7、耐化學(xué)腐蝕涂層

化學(xué)腐蝕包括各種酸、堿、鹽,各種無機(jī)物和各種有機(jī)化學(xué)介質(zhì)的腐蝕。

上述各涂層功能中,與冶金工業(yè)生產(chǎn)有密切關(guān)系的是耐磨損涂層、耐熱抗氧化涂層和耐化學(xué)腐蝕涂層。

能防護(hù)鋁合金不受高速飛行時(shí)風(fēng)沙和雨水沖蝕,不受海水和航空燃料的腐蝕并能改善空氣動(dòng)力學(xué)性能。涂層應(yīng)經(jīng)得住 200°C左右瞬間溫度變化和強(qiáng)烈的日光輻照。飛機(jī)體積很大,烘烤條件受到限制,必須選用自干固化涂料,如丙烯酸或聚氨酯涂料。

發(fā)動(dòng)機(jī)涂層

整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī),從風(fēng)扇到尾噴管的主要部件無不使用涂層。發(fā)動(dòng)機(jī)涂層按用途分為抗氧化耐腐蝕涂層、隔熱涂層、耐磨涂層和封嚴(yán)涂層。

①抗氧化耐腐蝕涂層:早期發(fā)動(dòng)機(jī)因工作時(shí)間短而高溫合金又含有足夠的鉻、本身能抗氧化,所以不施加涂層。然而,隨著發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的延長和溫度的提高,以及高溫鎳基合金中鉻含量降到原有的50%,已不能抵抗高溫氧化和熱腐蝕,需要涂層防護(hù)。高溫氧化和熱腐蝕是渦輪葉片損壞的主要原因,可使工作壽命縮短到300小時(shí)。涂覆涂層后高溫部件工作壽命可延長2~3倍。壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子和靜子葉片使用含鋁磷(鉻)酸鹽涂層保護(hù)。燃燒室既可使用高溫搪瓷又可涂覆含鋁磷(鉻)酸鹽涂層。渦輪轉(zhuǎn)子和靜子葉片多用加有鉻、鈦、硅、釔等改性元素的鋁化物擴(kuò)散涂層或擴(kuò)散障涂層。加力燃燒室使用高溫搪瓷或陶瓷涂層。 發(fā)展中的金屬-鉻-鋁-釔包覆涂層的使用壽命比擴(kuò)散涂層增加一倍以上,使用溫度達(dá)1100°C。這種涂層常與氧化鋯基隔熱涂層組合使用,可降低溫度50~100°C。

②耐磨涂層:影響發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的另一個(gè)因素是高溫磨損,包括撞擊磨損和微振磨損。爆炸噴涂或等離子噴涂碳化鎢-鈷、碳化鉻-鎳鉻涂層最為有效。涂覆后,零件的耐磨損壽命可延長7~100倍,已在大型運(yùn)輸機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)上廣泛使用。

③封嚴(yán)涂層:涂覆在發(fā)動(dòng)機(jī)氣流通道的間隙部分。渦輪的徑向間隙每增大0.13毫米,發(fā)動(dòng)機(jī)單位耗油量約增加0.5%;反之,減少0.25毫米,渦輪效率提高1%。另外,減少壓氣機(jī)的徑向間隙還可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的抗喘振能力,從而改善飛行安全性。常用的封嚴(yán)涂層要求硬度適中,既有強(qiáng)度又便于刮削。滑石粉涂層和鎳-石墨涂層已獲應(yīng)用。正在研制中的氧化鋯涂層能承受1300°C的高溫。

溫控涂層

航天器在太空的熱環(huán)境十分惡劣,背陽面溫度可達(dá)-100°C,向陽面可達(dá)+120°C左右。為保證航天員的生命安全和儀器設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn),在航天器表面涂敷溫控涂層可以平衡與空間的熱交換,維持艙內(nèi)的正常溫度。已經(jīng)獲得應(yīng)用的溫控涂層有有機(jī)硅氧化鋅、硅酸鉀氧化鋯和氧化鋁涂層。

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)涂層

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)一般采用再生冷卻,不需要涂層保護(hù),但有時(shí)為了增加溫降,在燃燒室內(nèi)壁噴涂氧化鋁或氧化鋯隔熱涂層。姿態(tài)控制火箭發(fā)動(dòng)機(jī)多使用鈮、鉬等難熔合金,必須有防氧化涂層的保護(hù)才能工作。"阿波羅"號(hào)飛船指揮艙和登月艙的姿態(tài)控制火箭采用涂有二硫化鉬涂層的小型鉬合金發(fā)動(dòng)機(jī)。

偽裝涂層

用以隱蔽軍事目標(biāo)�，F(xiàn)代偵察儀器探測(cè)能力已大大提高,偽裝涂料不僅要求顏色和外形與背景協(xié)調(diào),而且要有與背景接近的光譜反射性能。偽裝涂層按適用的波段分為:反紫外、反可見光、反近紅外、反中紅外、反無線電波以及發(fā)展中的反多光譜照相偽裝涂料。飛行器可用單色保護(hù)迷彩偽裝,為使輪廓在復(fù)雜背景地區(qū)更難辨別,常采用變形迷彩。

紡織涂層

是一種均勻涂布于織物表面的高分子類化合物。它通過粘合作用在織物表面形成一層或多層薄膜,不僅能改善織物的外觀和風(fēng)格,而且能增加織物的功能,使織物具有防水,耐水壓,通氣透濕,阻燃防污以及遮光反射等特殊功能。

硬質(zhì)合金涂層

在切削加工中,刀具性能對(duì)切削加工的效率、精度、表面質(zhì)量有著決定性的影響。硬質(zhì)合金刀具性能的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)-硬度和強(qiáng)度之間總存著矛盾,硬度高的材料強(qiáng)度低,而提高強(qiáng)度往往是以硬度的降低為代價(jià)。為了解決硬質(zhì)合金材料中存在的這種矛盾,更好地提高刀具的切削性能,比較有效的一種方法是采用各種涂層技術(shù)在硬質(zhì)合金基體上涂覆上一層或多層高硬度、高耐磨損性能的材料。硬質(zhì)合金刀具表面上的涂層作為一個(gè)化學(xué)屏障和熱屏障,減少了硬質(zhì)合金刀具的月牙洼磨損,可以顯著地提高加工效率、提高加工精度、延長刀具使用壽命、降低加工成本。

涂層的特點(diǎn)是涂層薄膜與刀具基體相結(jié)合,提高刀具的耐磨性而不降低基體的韌性,從而降低刀具與工件的摩擦因素,延長刀具的使用壽命。此外,由于涂層自身的熱傳導(dǎo)系數(shù)比刀具基體和加工材料低的多,能有效減少摩擦所產(chǎn)生的熱量,形成熱屏障,改變熱量的散失途徑,從而降低刀具與工件、刀具與切削之間的熱沖擊和力沖擊,有效地改善刀具的使用性能。

刀具磨損機(jī)理研究表明,在高速切削時(shí),刀刃溫度最高可達(dá)900℃,此時(shí)刀具磨損不僅是機(jī)械摩擦磨損(刀具后面磨損),還有粘結(jié)磨損、擴(kuò)散磨損、摩擦氧化磨損(刀具刀刃磨損及月牙洼磨損)和疲勞磨損,這5種磨損直接影響刀具的使用壽命。

刀具涂層

刀具涂層技術(shù)通�？煞譃榛瘜W(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)和物理氣相沉積(PVD)技術(shù)兩大類,分別評(píng)述如下。

一、CVD技術(shù)的發(fā)展

二十世紀(jì)六十年代以來,CVD技術(shù)被廣泛應(yīng)用于硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具的表面處理。由于CVD工藝氣相沉積所需金屬源的制備相對(duì)容易,可實(shí)現(xiàn)TiN、TiC、TiCN、TiBN、TiB2、Al2O3等單層及多元多層復(fù)合涂層的沉積,涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度較高,薄膜厚度可達(dá)7~9μm,因此到八十年代中后期,美國已有85%的硬質(zhì)合金工具采用了表面涂層處理,其中CVD涂層占到99%;到九十年代中期,CVD涂層硬質(zhì)合金刀片在涂層硬質(zhì)合金刀具中仍占80%以上。

盡管CVD涂層具有很好的耐磨性,但CVD工藝亦有其先天缺陷:一是工藝處理溫度高,易造成刀具材料抗彎強(qiáng)度下降;二是薄膜內(nèi)部呈拉應(yīng)力狀態(tài),易導(dǎo)致刀具使用時(shí)產(chǎn)生微裂紋;三是CVD工藝排放的廢氣、廢液會(huì)造成較大環(huán)境污染,與目前大力提倡的綠色制造觀念相抵觸,因此自九十年代中期以來,高溫CVD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用受到一定制約。

八十年代末,Krupp.Widia開發(fā)的低溫化學(xué)氣相沉積(PCVD)技術(shù)達(dá)到了實(shí)用水平,其工藝處理溫度已降至450~650℃,有效抑制了η相的產(chǎn)生,可用于螺紋刀具、銑刀、模具的TiN、TiCN、TiC等涂層,但迄今為止,PCVD工藝在刀具涂層領(lǐng)域的應(yīng)用并不廣泛。九十年代中期,中溫化學(xué)氣相沉積(MT-CVD)新技術(shù)的出現(xiàn)使CVD技術(shù)發(fā)生了革命性變革。MT-CVD技術(shù)是以含C/N的有機(jī)物乙腈(CH3CN)作為主要反應(yīng)氣體、與TiCL4、H2、N2在700~900℃下產(chǎn)生分解、化學(xué)反應(yīng)生成TiCN的新工藝。采用MT-CVD技術(shù)可獲得致密纖維狀結(jié)晶形態(tài)的涂層,涂層厚度可達(dá)8~10μm。這種涂層結(jié)構(gòu)具有極高的耐磨性、抗熱震性及韌性,并可通過高溫化學(xué)氣相沉積(HT-CVD)工藝在刀片表面沉積Al2O3、TiN等抗高溫氧化性能好、與被加工材料親和力小、自潤滑性能好的材料。MT-CVD涂層刀片適于在高速、高溫、大負(fù)荷、干式切削條件下使用,其壽命可比普通涂層刀片提高一倍左右。目前,CVD(包括MT-CVD)技術(shù)主要用于硬質(zhì)合金車削類刀具的表面涂層,涂層刀具適用于中型、重型切削的高速粗加工及半精加工。采用CVD技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)α-Al2O3涂層,這是PVD技術(shù)目前難以實(shí)現(xiàn)的,因此在干式切削加工中,CVD涂層技術(shù)仍占有極為重要的地位。

二、PVD技術(shù)的發(fā)展

PVD技術(shù)出現(xiàn)于二十世紀(jì)七十年代末,由于其工藝處理溫度可控制在500℃以下,因此可作為最終處理工藝用于高速鋼類刀具的涂層。由于采用PVD工藝可大幅度提高高速鋼刀具的切削性能,所以該技術(shù)自八十年代以來得到了迅速推廣,至八十年代末,工業(yè)發(fā)達(dá)國家高速鋼復(fù)雜刀具的PVD涂層比例已超過60%。

PVD技術(shù)在高速鋼刀具領(lǐng)域的成功應(yīng)用引起了世界各國制造業(yè)的高度重視,人們?cè)诟?jìng)相開發(fā)高性能、高可靠性涂層設(shè)備的同時(shí),也對(duì)其應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展尤其是在硬質(zhì)合金、陶瓷類刀具中的應(yīng)用進(jìn)行了更加深入的研究。研究結(jié)果表明:與CVD工藝相比,PVD工藝處理溫度低,在600℃以下時(shí)對(duì)刀具材料的抗彎強(qiáng)度無影響;薄膜內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)為壓應(yīng)力,更適于對(duì)硬質(zhì)合金精密復(fù)雜刀具的涂層;PVD工藝對(duì)環(huán)境無不利影響,符合現(xiàn)代綠色制造的發(fā)展方向。

隨著高速切削加工時(shí)代的到來,高速鋼刀具應(yīng)用比例逐漸下降、硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具應(yīng)用比例上升已成必然趨勢(shì),因此,工業(yè)發(fā)達(dá)國家自九十年代初就開始致力于硬質(zhì)合金刀具PVD涂層技術(shù)的研究,至九十年代中期取得了突破性進(jìn)展,PVD涂層技術(shù)已普遍應(yīng)用于硬質(zhì)合金立銑刀、鉆頭、階梯鉆、油孔鉆、鉸刀、絲錐、可轉(zhuǎn)位銑刀片、異形刀具、焊接刀具等的涂層處理。