Titanium Nitride (TiN) is een verbinding die wordt gevormd door de reactie van titanium en stikstof. Het is goudkleurig of metallic, hard en slijtvast, en heeft uitstekende chemische stabiliteit en hoge temperatuurbestendigheid. Het is een zeer belangrijk hard coatingmateriaal, dat veel wordt gebruikt in metaalbewerking, gereedschapsproductie, de auto-industrie, de lucht- en ruimtevaart, medische apparatuur en andere gebieden. In de bewerkingsindustrie wordt TiN-coating gebruikt om de levensduur en bewerkingsefficiëntie van gereedschappen te verbeteren, vooral onder hoge belasting en hoge temperatuuromstandigheden.
Definitie en kenmerken van TiN-coating
1. Definitie van TiN-coating
Titanium nitride (TiN) wordt gebruikt in het PVD (fysische dampafzetting) proces met behulp van transversale roterende kathodetechnologie. Het materiaal verdampt uit een vaste bron in de vorm van atomen/moleculen en wordt vervolgens in de vorm van damp naar het substraat getransporteerd via vacuüm laagdrukgas/plasma en gecondenseerd op het substraat.
2. Fysische en chemische eigenschappen van TiN-coating
Hardheid: De hardheid van TiN-coating is zo hoog als ongeveer 2000 HV (Vickers-hardheid), wat de slijtvastheid en duurzaamheid van het substraat aanzienlijk verbetert.
Slijtvastheid: TiN-coating heeft een extreem sterke slijtvastheid, wat de levensduur van gereedschappen of onderdelen aanzienlijk kan verlengen en slijtage en krassen kan verminderen.
Hoge temperatuurbestendigheid: TiN-coating heeft een zeer goede temperatuurbestendigheid en kan temperaturen tot 500-600°C weerstaan, geschikt voor werkomgevingen met hoge temperaturen.
Corrosiebestendigheid:TiN heeft een goede corrosiebestendigheid en kan de aantasting van zuren, basen en zout water weerstaan, en is geschikt voor zware chemische omgevingen.
Chemische stabiliteit:TiN heeft een goede chemische stabiliteit en reageert niet gemakkelijk met andere chemicaliën. Het wordt veel gebruikt in omgevingen met precisiebewerking en chemische corrosiebestendigheidseisen.
Wrijvingscoëfficiënt:TiN-coating vermindert de wrijvingscoëfficiënt van metalen oppervlakken, helpt wrijving en warmteontwikkeling tussen onderdelen te verminderen en verbetert zo de gebruiksefficiëntie van onderdelen.
Uiterlijk:TiN heeft een gouden of metallic gouden kleur, en de helderheid en glans zijn zeer hoog, wat de esthetiek verhoogt. Het wordt vaak gebruikt voor werkstukoppervlakken die schoonheid en functionaliteit vereisen, zoals hoogwaardige sieraden, horloge-onderdelen, auto-accessoires, enz.
Lage oppervlakte-energie:De oppervlakte-energie van TiN-coating is laag, wat de hechting van snijvloeistof en werkstuk tijdens de bewerking effectief kan verminderen, slijtage en gereedschaphechting tijdens de bewerking kan verminderen.
Milieubescherming:PVD- en CVD-technologieën produceren geen schadelijke uitlaatgassen of verontreinigende stoffen bij het aanbrengen van TiN-coatings, dus ze presteren goed op het gebied van milieubescherming.
3. Nadelen van TiN-coatings
Coating brosheid:Hoewel TiN-coatings een hoge hardheid hebben, maakt hun hoge hardheid de coatings ook kwetsbaarder en gevoeliger voor afschilferen of afbladderen, vooral wanneer ze worden blootgesteld aan grote impact- of buigspanningen.
Coating dikte limiet:Vanwege de trage coatingafzettingssnelheid van PVD- en CVD-technologieën is de dikte van TiN-coatings meestal tussen enkele microns en tientallen microns, wat niet geschikt is voor toepassingen die dikkere coatings vereisen.
Hoge kosten: Het afzettingsproces van TiN-coatings is relatief complex en de kosten zijn relatief hoog, dus ze worden voornamelijk gebruikt in hoogwaardige toepassingen of componenten met hoge waarde.
Voorbereidingsproces van TiN-coating
Er zijn twee hoofdmethoden voor het voorbereiden van TiN-coating: fysische dampafzetting (PVD) en chemische dampafzetting (CVD). Onder hen is PVD het meest gebruikte proces. Hieronder worden deze twee veelvoorkomende TiN-coatingvoorbereidingsmethoden respectievelijk geïntroduceerd.
1. Fysische dampafzetting (PVD)
PVD is een methode die vaste materialen via een fysisch proces omzet in gasvormige toestand en ze op het oppervlak van een substraat afzet om een dunne film te vormen. Het PVD-proces wordt veel gebruikt bij de voorbereiding van TiN-coating. Veelvoorkomende PVD-technologieën zijn verdampingsafzetting, magnetron sputteren en boogverdamping.
(1) Verdampingsafzettingsmethode:Door titanium metaal of titaniumlegering te verwarmen, wordt titaniumdamp verdampt en reageert met stikstof in een hoogvacuümomgeving om TiN-coating te vormen.
(2) Magnetron sputter methode:Met behulp van magnetron-sputterapparatuur wordt het titaniumdoelwit gebombardeerd met hoogenergetische ionen om titaniumatomen vrij te maken, die reageren met stikstofmoleculen in een stikstofatmosfeer en worden afgezet op het oppervlak van het substraat om een TiN-film te vormen.
(3) Boogverdampingsmethode: Het titaniumdoel wordt verwarmd door boogontlading, zodat het titaniumdoelmateriaal verdampt en reageert met stikstof om een TiN-coating af te zetten.
De PVD-methode kan hoogwaardige, uniforme coatings produceren en de procesomstandigheden zijn mild, wat geschikt is voor verschillende substraten.
2. Chemische dampafzetting (CVD)
CVD is een methode om een coating op het oppervlak van een substraat af te zetten door chemische reactie met behulp van gasvormige precursoren. In het CVD-proces worden titaniumbron- en stikstofbrongassen in de reactiekamer gebracht en reageren na verwarming of plasma-excitatie om een TiN-coating te vormen.
(1) Lage-druk chemische dampafzetting (LPCVD): Een chemische reactie wordt uitgevoerd in een omgeving met lage druk om een hoogwaardige TiN-coating af te zetten, die geschikt is voor massaproductie.
(2) Atmosferische druk chemische dampafzetting (APCVD): Afzetting wordt uitgevoerd onder atmosferische drukomstandigheden, wat geschikt is voor sommige speciale toepassingen, maar vanwege de vereiste hoge temperatuur wordt het vaak gebruikt voor grote onderdelen of werkstukken die dikkere coatings vereisen.
Hoewel het CVD-proces dikkere coatings kan produceren, vereist het een hogere temperatuur en heeft het hogere apparatuurvereisten. Daarom wordt in sommige gevallen het PVD-proces vaker gebruikt.
Toepassingsgebieden van TiN-coating
De brede toepassing van TiN-coating verbetert niet alleen de prestaties van gereedschappen, maar bevordert ook de technologische ontwikkeling in veel industrieën. Hieronder volgen de belangrijkste toepassingsgebieden van TiN-coating:
1. Snijgereedschappen
TiN-coating wordt vaak gebruikt op metalen snijgereedschappen zoals messen, boren en frezen om hun slijtvastheid en hoge temperatuurbestendigheid te verbeteren. TiN-coating kan wrijving tijdens het snijden verminderen en warmteophoping tussen het gereedschap en het werkstuk verminderen, waardoor de levensduur van het gereedschap wordt verlengd en de verwerkings efficiëntie wordt verbeterd.
2. Precisievormen
TiN-coating kan de slijtvastheid van het maloppervlak verbeteren, wrijving tussen de mal en plastic of metaal verminderen en de slijtagegraad van de mal verminderen, vooral in plastic mallen en aluminiumlegering gietvormen.
3. Medische apparaten
TiN-coating heeft belangrijke toepassingen in medische apparaten, vooral in chirurgische messen, tandheelkundige instrumenten, chirurgische instrumenten en andere gebieden. TiN-coating kan de slijtvastheid en biocompatibiliteit van het instrument verbeteren en tegelijkertijd, vanwege zijn gouden uiterlijk, de esthetiek van het instrument verhogen.
4. Auto-onderdelen
TiN-coating wordt vaak gebruikt op belangrijke onderdelen zoals motoronderdelen en remsystemen van auto's om slijtvastheid, hoge temperatuurbestendigheid en corrosiebestendigheid te verbeteren, de levensduur van onderdelen te verlengen en de algehele prestaties te verbeteren.
5. Decoratieve coating
Vanwege zijn mooie gouden glans wordt TiN-coating ook veel gebruikt in decoratieve onderdelen zoals hoogwaardige accessoires, horloges, sieraden en telefoonhoesjes, waarbij schoonheid en functionaliteit worden gecombineerd.
Ontwikkelingstrend van TiN-coating
1. Multifunctionele coating: Onderzoek en ontwikkel nieuwe TiN-gebaseerde composietcoatings, zoals TiAlN, TiSiN, enz., om de algehele prestaties van coatings te verbeteren.
2. Laagtemperatuur coatingtechnologie: Ontwikkel laagtemperatuur TiN-coatingtechnologie om de thermische impact op het substraat te verminderen en het toepassingsbereik uit te breiden.
3. Nano-TiN-coating: Gebruik nanotechnologie om meer delicate en uniforme TiN-coatings te vervaardigen om de hardheid en slijtvastheid van de coating te verbeteren.
TiN-coatings worden veel gebruikt in de bewerkings-, medische, auto- en andere industrieën vanwege hun uitstekende hardheid, slijtvastheid, hoge temperatuurbestendigheid en corrosiebestendigheid. Met de vooruitgang van coatingtechnologie zullen de prestaties en toepassingsgebieden van TiN-coatings verder worden uitgebreid. Door continue innovatie en optimalisatie van productieprocessen zullen TiN-coatings de industrie efficiëntere en economischere oplossingen bieden en de ontwikkeling van bewerking naar hogere precisie en hogere prestaties bevorderen.
