टाइटेनियम नाइट्राइड (TiN)

टाइटेनियम नाइट्राइड (TiN) एक यौगिक है जो टाइटेनियम और नाइट्रोजन की प्रतिक्रिया से बनता है। यह सुनहरा या धात्विक, कठोर और पहनने-प्रतिरोधी होता है, और इसमें उत्कृष्ट रासायनिक स्थिरता और उच्च तापमान प्रतिरोध होता है। यह एक बहुत ही महत्वपूर्ण कठोर कोटिंग सामग्री है, जो धातु प्रसंस्करण, उपकरण निर्माण, ऑटोमोटिव उद्योग, एयरोस्पेस, चिकित्सा उपकरण और अन्य क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है। मशीनिंग उद्योग में, TiN कोटिंग का उपयोग उपकरणों की सेवा जीवन और प्रसंस्करण दक्षता को सुधारने के लिए किया जाता है, विशेष रूप से उच्च भार और उच्च तापमान वातावरण के तहत।

TiN कोटिंग की परिभाषा और विशेषताएं

1. TiN कोटिंग की परिभाषा

टाइटेनियम नाइट्राइड (TiN) का उपयोग PVD (भौतिक वाष्प जमाव) प्रक्रिया में ट्रांसवर्स रोटेटिंग कैथोड तकनीक का उपयोग करके किया जाता है। सामग्री ठोस स्रोत से परमाणु/अणुओं के रूप में वाष्पित होती है, और फिर इसे वाष्प के रूप में सब्सट्रेट तक ले जाया जाता है और वैक्यूम निम्न-दबाव गैस/प्लाज्मा के माध्यम से सब्सट्रेट पर संघनित किया जाता है।

2. TiN कोटिंग के भौतिक और रासायनिक गुण

कठोरता:TiN कोटिंग की कठोरता लगभग 2000 HV (विकर्स कठोरता) जितनी अधिक होती है, जो सब्सट्रेट की पहनने की प्रतिरोधकता और स्थायित्व को काफी हद तक सुधारती है।

पहनने की प्रतिरोधकता:TiN कोटिंग में अत्यधिक मजबूत पहनने की प्रतिरोधकता होती है, जो उपकरणों या भागों के सेवा जीवन को काफी हद तक बढ़ा सकती है और पहनने और खरोंच को कम कर सकती है।

उच्च तापमान प्रतिरोध:TiN कोटिंग में बहुत अच्छा तापमान प्रतिरोध होता है और यह 500-600°C तक के तापमान को सहन कर सकती है, जो उच्च तापमान कार्य वातावरण के लिए उपयुक्त है।

संक्षारण प्रतिरोध: TiN में अच्छा संक्षारण प्रतिरोध होता है और यह अम्लों, क्षारों और नमक के पानी के क्षरण का प्रतिरोध कर सकता है, और कठोर रासायनिक वातावरण के लिए उपयुक्त है।

रासायनिक स्थिरता: TiN में अच्छी रासायनिक स्थिरता होती है और यह अन्य रसायनों के साथ प्रतिक्रिया करने में आसान नहीं होता है। यह उन वातावरणों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है जहां सटीक मशीनिंग और रासायनिक संक्षारण प्रतिरोध की आवश्यकता होती है।

घर्षण गुणांक: TiN कोटिंग धातु सतहों के घर्षण गुणांक को कम करती है, भागों के बीच घर्षण और गर्मी उत्पादन को कम करने में मदद करती है, और इस प्रकार भागों के उपयोग की दक्षता में सुधार करती है।

दिखावट: TiN का रंग सुनहरा या धात्विक सोना होता है, और इसकी चमक और चमक बहुत अधिक होती है, जो सौंदर्यशास्त्र को बढ़ाती है। इसका उपयोग अक्सर उन वर्कपीस सतहों के लिए किया जाता है जिन्हें सुंदरता और कार्यक्षमता की आवश्यकता होती है, जैसे उच्च-स्तरीय आभूषण, घड़ी के हिस्से, ऑटोमोटिव सहायक उपकरण, आदि।

कम सतह ऊर्जा: TiN कोटिंग की सतह ऊर्जा कम होती है, जो प्रसंस्करण के दौरान कटिंग फ्लुइड और वर्कपीस के चिपकने को प्रभावी ढंग से कम कर सकती है, प्रसंस्करण के दौरान पहनने और उपकरण के चिपकने को कम कर सकती है।

पर्यावरण संरक्षण: PVD और CVD प्रौद्योगिकियां TiN कोटिंग्स को जमा करते समय हानिकारक निकास गैस या प्रदूषक उत्पन्न नहीं करती हैं, इसलिए वे पर्यावरण संरक्षण में अच्छा प्रदर्शन करती हैं।

3. TiN कोटिंग्स के नुकसान

कोटिंग भंगुरता: हालांकि TiN कोटिंग्स की उच्च कठोरता होती है, उनकी उच्च कठोरता भी कोटिंग्स को अधिक नाजुक बनाती है और बड़े प्रभाव या मोड़ तनाव के अधीन होने पर गिरने या छीलने की संभावना होती है।

कोटिंग मोटाई सीमा: PVD और CVD प्रौद्योगिकियों की धीमी कोटिंग जमाव गति के कारण, TiN कोटिंग्स की मोटाई आमतौर पर कुछ माइक्रोन और दर्जनों माइक्रोन के बीच होती है, जो उन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त नहीं है जिन्हें मोटी कोटिंग्स की आवश्यकता होती है।

उच्च लागत: TiN कोटिंग्स की जमाव प्रक्रिया अपेक्षाकृत जटिल होती है और लागत अपेक्षाकृत अधिक होती है, इसलिए वे मुख्य रूप से उच्च-स्तरीय अनुप्रयोगों या उच्च-मूल्य वाले घटकों में उपयोग की जाती हैं।

TiN कोटिंग की तैयारी प्रक्रिया

TiN कोटिंग तैयार करने के दो मुख्य तरीके हैं: भौतिक वाष्प जमाव (PVD) और रासायनिक वाष्प जमाव (CVD)। इनमें से, PVD सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली प्रक्रिया है। निम्नलिखित में इन दो सामान्य TiN कोटिंग तैयारी विधियों का परिचय दिया जाएगा।

1. भौतिक वाष्प जमाव (PVD)

PVD एक विधि है जो ठोस सामग्री को भौतिक प्रक्रिया के माध्यम से गैसीय अवस्था में परिवर्तित करती है और सब्सट्रेट की सतह पर जमा करती है ताकि एक पतली फिल्म बनाई जा सके। PVD प्रक्रिया का व्यापक रूप से TiN कोटिंग की तैयारी में उपयोग किया जाता है। सामान्य PVD प्रौद्योगिकियों में वाष्पीकरण जमाव, मैग्नेट्रोन स्पटरिंग और आर्क वाष्पीकरण शामिल हैं।

(1) वाष्पीकरण जमाव विधि: टाइटेनियम धातु या टाइटेनियम मिश्र धातु को गर्म करके, टाइटेनियम वाष्प को वाष्पित किया जाता है, और उच्च वैक्यूम वातावरण में नाइट्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करके TiN कोटिंग बनाई जाती है।

(2) मैग्नेट्रोन स्पटरिंग विधि: मैग्नेट्रोन स्पटरिंग उपकरण का उपयोग करके, टाइटेनियम लक्ष्य को उच्च-ऊर्जा आयनों के साथ बमबारी की जाती है ताकि टाइटेनियम परमाणु जारी किए जा सकें, जो नाइट्रोजन वातावरण में नाइट्रोजन अणुओं के साथ प्रतिक्रिया करते हैं और सब्सट्रेट की सतह पर जमा होते हैं ताकि TiN फिल्म बनाई जा सके।

(3) आर्क वाष्पीकरण विधि: टाइटेनियम लक्ष्य को आर्क डिस्चार्ज द्वारा गर्म किया जाता है, ताकि टाइटेनियम लक्ष्य सामग्री वाष्पित हो और नाइट्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करके TiN कोटिंग जमा हो सके।

PVD विधि उच्च-गुणवत्ता, समान कोटिंग्स का उत्पादन कर सकती है, और प्रक्रिया की स्थितियाँ कोमल होती हैं, जो विभिन्न सब्सट्रेट्स के लिए उपयुक्त होती हैं।

2. रासायनिक वाष्प जमाव (CVD)

CVD एक विधि है जिसमें गैसीय पूर्ववर्तियों का उपयोग करके एक सब्सट्रेट की सतह पर रासायनिक प्रतिक्रिया द्वारा कोटिंग जमा की जाती है। CVD प्रक्रिया में, टाइटेनियम स्रोत और नाइट्रोजन स्रोत गैसों को प्रतिक्रिया कक्ष में पेश किया जाता है, और गर्मी या प्लाज्मा उत्तेजना के बाद प्रतिक्रिया करके TiN कोटिंग बनाते हैं।

(1) निम्न-दाब रासायनिक वाष्प जमाव (LPCVD): एक रासायनिक प्रतिक्रिया निम्न-दाब वातावरण के तहत की जाती है ताकि उच्च-गुणवत्ता की TiN कोटिंग जमा की जा सके, जो बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त होती है।

(2) वायुमंडलीय दबाव रासायनिक वाष्प जमाव (APCVD): जमाव वायुमंडलीय दबाव की स्थितियों के तहत किया जाता है, जो कुछ विशेष अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त होता है, लेकिन आवश्यक उच्च तापमान के कारण, यह अक्सर बड़े आकार के भागों या कार्यपीस के लिए उपयोग किया जाता है जिन्हें मोटी कोटिंग्स की आवश्यकता होती है।

हालांकि CVD प्रक्रिया मोटी कोटिंग्स का उत्पादन कर सकती है, इसके लिए उच्च तापमान की आवश्यकता होती है और उच्च उपकरण आवश्यकताएँ होती हैं। इसलिए, कुछ मामलों में, PVD प्रक्रिया अधिक सामान्यतः उपयोग की जाती है।

TiN कोटिंग के अनुप्रयोग क्षेत्र

TiN कोटिंग का व्यापक अनुप्रयोग न केवल उपकरणों के प्रदर्शन को सुधारता है, बल्कि कई उद्योगों में प्रौद्योगिकी के विकास को भी बढ़ावा देता है। निम्नलिखित TiN कोटिंग के मुख्य अनुप्रयोग क्षेत्र हैं:

1. काटने के उपकरण

TiN कोटिंग का उपयोग अक्सर धातु काटने के उपकरण जैसे चाकू, ड्रिल और मिलिंग कटर पर किया जाता है ताकि उनकी पहनने की प्रतिरोधकता और उच्च तापमान प्रतिरोधकता को सुधार सके। TiN कोटिंग काटने के दौरान घर्षण को कम कर सकती है और उपकरण और कार्यपीस के बीच गर्मी के संचय को कम कर सकती है, इस प्रकार उपकरण की सेवा जीवन को बढ़ा सकती है और प्रसंस्करण दक्षता को सुधार सकती है।

2. सटीक मोल्ड

TiN कोटिंग मोल्ड की सतह की पहनने की प्रतिरोधकता को सुधार सकती है, मोल्ड और प्लास्टिक या धातु के बीच घर्षण को कम कर सकती है, और मोल्ड की पहनने की दर को कम कर सकती है, विशेष रूप से प्लास्टिक मोल्ड और एल्यूमीनियम मिश्र धातु डाई-कास्टिंग मोल्ड में।

3. चिकित्सा उपकरण

TiN कोटिंग का चिकित्सा उपकरणों में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग है, विशेष रूप से सर्जिकल चाकू, दंत उपकरण, सर्जिकल उपकरण और अन्य क्षेत्रों में। TiN कोटिंग उपकरण की पहनने की प्रतिरोधकता और जैव-संगतता को सुधार सकती है, और साथ ही, इसके सुनहरे रूप के कारण, उपकरण की सौंदर्यशास्त्र को बढ़ाती है।

4. ऑटोमोटिव भाग

TiN कोटिंग का उपयोग अक्सर इंजन के भागों और ऑटोमोटिव ब्रेक सिस्टम जैसे प्रमुख भागों पर किया जाता है ताकि पहनने की प्रतिरोधकता, उच्च तापमान प्रतिरोधकता और संक्षारण प्रतिरोधकता को सुधार सकें, भागों की सेवा जीवन को बढ़ा सकें और समग्र प्रदर्शन को सुधार सकें।

5. सजावटी कोटिंग

इसके सुंदर सुनहरे चमक के कारण, TiN कोटिंग का उपयोग उच्च-स्तरीय सहायक उपकरण, घड़ियाँ, आभूषण और मोबाइल फोन केस जैसे सजावटी भागों में भी व्यापक रूप से किया जाता है, जो सौंदर्य और कार्यक्षमता को मिलाता है।

TiN कोटिंग का विकास प्रवृत्ति

1. बहु-कार्यात्मक कोटिंग: नई TiN-आधारित मिश्रित कोटिंग्स, जैसे TiAlN, TiSiN आदि का अनुसंधान और विकास करें, ताकि कोटिंग्स के समग्र प्रदर्शन को सुधार सकें।

2. निम्न-तापमान कोटिंग प्रौद्योगिकी: निम्न-तापमान TiN कोटिंग प्रौद्योगिकी का विकास करें ताकि सब्सट्रेट पर थर्मल प्रभाव को कम कर सकें और इसके अनुप्रयोग क्षेत्र को विस्तारित कर सकें।

3. नैनो-TiN कोटिंग: नैनोप्रौद्योगिकी का उपयोग करके अधिक नाजुक और समान TiN कोटिंग्स का निर्माण करें ताकि कोटिंग की कठोरता और पहनने की प्रतिरोधकता को सुधार सकें।

TiN कोटिंग्स को उनकी उत्कृष्ट कठोरता, पहनने की प्रतिरोधकता, उच्च तापमान प्रतिरोधकता और संक्षारण प्रतिरोधकता के कारण मशीनिंग, चिकित्सा, ऑटोमोटिव और अन्य उद्योगों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। कोटिंग प्रौद्योगिकी की प्रगति के साथ, TiN कोटिंग्स के प्रदर्शन और अनुप्रयोग क्षेत्रों का और विस्तार होगा। उत्पादन प्रक्रियाओं के निरंतर नवाचार और अनुकूलन के माध्यम से, TiN कोटिंग्स उद्योग को अधिक कुशल और आर्थिक समाधान प्रदान करेंगी, और उच्च सटीकता और उच्च प्रदर्शन की दिशा में मशीनिंग के विकास को बढ़ावा देंगी।