Категории

Технология напыления нитридом титана

Технология напыления нитридом титана

 
С отработкой технологии напыления нитридом титана и реализации ее в разнообразном промышленном оборудовании, услуги нанесения нитрида титана в Украине стали приобретать все большую популярность. Тому способствуют замечательные потребительские свойства данного материала:
  • высокие тугоплавкость и твердость (износоустойчивость), востребованные в процессах упрочнения металлорежущего инструмента;
     
  • кислотоупорность и высокотемпературная коррозионная стойкость (до 700 – 800 град С), необходимые для получения стойких антикоррозионных и кислотостойких покрытий;
     
  • большое внешнее сходство нитрид-титановой пленки с ювелирным золотом, что определяет его ценность в декоративно-оформительских целях, при том что цена нитрид титана раз в десять ниже золота.
Покрытие нитридом титана
 
Но требуемого качества нитрид-титанового покрытия достичь не так просто. Технологии напыления нитридом титана достаточно сложны, и каждая из них направлена на получение строго определенных свойств получаемых изделий. Так, листы нержавейки с нитрид-титановым покрытием «под золото» для церковного купола не способны «работать» как металлорежущий инструмент, а упрочненные нитрид-титаном твердосплавные сверла, фрезы и резцы не так уж и похожи на золотые.
 
Многие компании, предлагающие услуги покрытия нитридом титана по низкой цене, обладают технологиями и оборудованием, которые не всегда позволяют достигать заявленных ими характеристик. Давайте попробуем разобраться в этих технологиях и их целевой направленности.
 

Метод физического осаждения покрытия (ФОП, или PVD (Physical Vapour Deposition)) в вакуумных установках 

 
Принципиальная схема метода ФОП следующая: 
  • обрабатываемая деталь предварительно подготавливается – очищается от загрязнений, на ней формируется высоко-адгезивная шероховатая или пористая поверхность (способом дробеструйной обработки, кислотного травления);
     
  • деталь помещается в специальную камеру, где создаются условия вакуума, и нагревается (термоактивируется) до оптимальной температуры конденсации парообразной фазы нитрида титана (350 – 550 град. С);
     
  • для повышения адгезии нитрид-титанового покрытия к металлу основы может проводиться (предварительно или параллельно) ее т.н. ионная бомбардировка высокоэнергетическими атомами (ионами) чистого титана, которые на большой скорости внедряются в металлическую поверхность обрабатываемой детали;
     
  • источником ионизированных паров титана обычно является электродуговой испаритель – излучатель, от которого, с помощью систем управления электрическими и магнитными полями, поток ионов титана с примесью газа азота направляется на поверхность детали, где реагенты образуют уже сам нитрид титана, который конденсируется и осаждается в виде пленки (толщиной 1 – 4 мкм и больше);
     
  • далее следуют операции охлаждения детали и закрепления (стабилизации) нитрид-титанового покрытия на поверхности.

Физическое осаждение покрытия в вакуумных установках

Метод ФОП имеет несколько вариантов практической реализации, и соответственно, принципов работы вакуумно-диффузионных установок:

  • системы ионного осаждения – более просты по конструкции и доступны по цене, но не обеспечивают требуемую прочность прикрепления (адгезию) осаждаемой пленки к металлу основы, из-за чего применяются преимущественно для нанесения покрытий декоративного и антикоррозионного назначения;
     
  • системы магнетронно-ионного распыления (МИР) – представляют собой усовершенствованный вариант систем ионного осаждения, позволяют наносить покрытие при низкой температуре металла основы (100 – 200 град. С). Данное свойство находит применение для нанесения нитрид титана на твердосплавный металлорежущий инструмент, поскольку позволяет избежать его высокотемпературного отпуска.
     
  • системы КИБ (конденсации из плазменной фазы с ионной бомбардировкой) – получили наибольшее распространение, поскольку для них характерна высокая производительность процесса осаждения нитрида титана TiN.

Метод химического осаждения (ХОП, или CVD (Chemical Vapour Deposition))

 
Метод химического осаждения
 
Суть метода ХОП в том, что предварительно подготовленная деталь (очищенная, отдробеструенная или протравленная кислотой) помещается в камеру с высокотемпературной парогазовой средой (смесь парообразной фазы металла титана с газом азотом, при рабочих температурах 800 – 1500 град. С), где проходит определенную технологией временную выдержку. За это время на поверхности детали происходят термохимические реакции с осаждением пленки нитрида титана требуемой толщины. Данный метод характерен тем, что отлично подходит для массового производства, ведь в термохимическую камеру можно загружать изделия целыми партиями. Но в то же время он плохо подходит для укрепления твердосплавного металлорежущего инструмента, поскольку при высоких температурах обработки, предусмотренных технологией, происходит его температурный отпуск (ослабление).
 

Метод плазменного напыления

 
Данный метод характеризуется наибольшей простотой и дешевизной организации, поскольку в нем применяются широко распространенные электроплазменные горелки – распылители, и нитрид титана в уже готовой порошковой форме. Процесс плазменного напыления происходит без создания вакуума или специальной газовой среды. Для уменьшения окисления нитрида титана кислородом воздуха в качестве плазмообразующего газа могут использоваться инертные газы.
 
Метод плазменного напыления
 
Технологическая схема метода плазменного напыления:
  • обрабатываемая деталь проходит соответствующую подготовку (очистку, мытье, формирование шероховатости поверхности (дробеструйную обработку);
     
  • деталь помещается на пост электроплазменного напыления;
     
  • в плазменной горелке поджигается электрическая дуга и пускается плазмообразующий газ;
     
  • в струю плазмообразующего газа вводится порошкообразный нитрид титана, который расплавляется, и в фазе расплава направляется на поверхность обрабатываемой детали, на которой осаждается в виде пленки.
Преимуществом данного метода является его относительная простота, а также возможность нанесения покрытия не только на металлы, но и на неметаллические материалы. Недостатком метода плазменного напыления нитрид титана является сравнительно слабая адгезия покрытия к основе, которое значительно уступает по прочности и стойкости пленкам, полученным методами PVD и CVD. В связи с чем метод электроплазменного напыления нитрида титана получил распространение лишь в сфере нанесения декоративных покрытий.
 
 Напыление нитрид титана
 
Одним из немногочисленных предприятий в Украине, которые предлагают услуги покрытия нитридом титана, является компания Барион из города Днепр, где эта операция организована на самом высоком технологическом уровне. Технологические и производственные возможности компании Барион позволяют наносить нитрид-титановое покрытие:
  • на твердосплавный металлорежущий инструмент, без потери его твердости и прочности;
     
  • на листовой металл, в целях его защиты от коррозии, и в декоративных целях;
     
  • на разнообразные изделия сложной формы.
Характерной особенностью продукции Барион является безупречное качество при вполне доступной цене, с учетом украинских рыночных реалий. Производственные возможности компании позволяют организовать как массовое крупносерийное производство, так и выполнение индивидуальных заказов.