O Nitreto de Titânio (TiN) é um composto formado pela reação de titânio e nitrogênio. É dourado ou metálico, duro e resistente ao desgaste, e possui excelente estabilidade química e resistência a altas temperaturas. É um material de revestimento duro muito importante, amplamente utilizado no processamento de metais, fabricação de ferramentas, indústria automotiva, aeroespacial, equipamentos médicos e outros campos. Na indústria de usinagem, o revestimento de TiN é usado para melhorar a vida útil e a eficiência de processamento das ferramentas, especialmente em ambientes de alta carga e alta temperatura.
Definição e características do revestimento de TiN
1. Definição do revestimento de TiN
O nitreto de titânio (TiN) é usado no processo de PVD (deposição física de vapor) utilizando tecnologia de cátodo rotativo transversal. O material evapora de uma fonte sólida na forma de átomos/moléculas e, em seguida, é transportado para o substrato na forma de vapor através de gás/plasma de baixa pressão a vácuo e condensado no substrato.
2. Propriedades físicas e químicas do revestimento de TiN
Dureza: A dureza do revestimento de TiN é de cerca de 2000 HV (dureza Vickers), o que melhora significativamente a resistência ao desgaste e a durabilidade do substrato.
Resistência ao desgaste: O revestimento de TiN tem resistência ao desgaste extremamente forte, o que pode prolongar significativamente a vida útil de ferramentas ou peças e reduzir o desgaste e arranhões.
Resistência a altas temperaturas: O revestimento de TiN tem uma resistência muito boa à temperatura e pode suportar temperaturas de até 500-600°C, sendo adequado para ambientes de trabalho de alta temperatura.
Resistência à corrosão: O TiN tem boa resistência à corrosão e pode resistir à erosão de ácidos, álcalis e água salgada, sendo adequado para ambientes químicos agressivos.
Estabilidade química: O TiN tem boa estabilidade química e não reage facilmente com outros produtos químicos. É amplamente utilizado em ambientes com requisitos de usinagem de precisão e resistência à corrosão química.
Coeficiente de atrito: O revestimento de TiN reduz o coeficiente de atrito das superfícies metálicas, ajuda a reduzir o atrito e a geração de calor entre as peças e, assim, melhora a eficiência de uso das peças.
Aparência: O TiN tem uma cor dourada ou ouro metálico, e seu brilho e lustro são muito altos, o que aumenta a estética. É frequentemente usado em superfícies de peças que requerem beleza e funcionalidade, como joias de alto padrão, peças de relógios, acessórios automotivos, etc.
Baixa energia superficial: A energia superficial do revestimento de TiN é baixa, o que pode reduzir efetivamente a adesão do fluido de corte e da peça durante o processamento, reduzir o desgaste e a adesão da ferramenta durante o processamento.
Proteção ambiental: As tecnologias PVD e CVD não produzem gases de escape ou poluentes nocivos ao depositar revestimentos de TiN, por isso têm um bom desempenho em proteção ambiental.
3. Desvantagens dos revestimentos de TiN
Fragilidade do revestimento: Embora os revestimentos de TiN tenham alta dureza, sua alta dureza também torna os revestimentos mais frágeis e propensos a descolar ou descascar, especialmente quando submetidos a grandes impactos ou tensões de flexão.
Limite de espessura do revestimento: Devido à baixa velocidade de deposição de revestimento das tecnologias PVD e CVD, a espessura dos revestimentos de TiN é geralmente entre alguns microns e dezenas de microns, o que não é adequado para aplicações que requerem revestimentos mais espessos.
Alto custo: O processo de deposição de revestimentos de TiN é relativamente complexo e o custo é relativamente alto, por isso são usados principalmente em aplicações de alto padrão ou componentes de alto valor.
Processo de preparação do revestimento de TiN
Existem dois métodos principais para preparar revestimentos de TiN: deposição física de vapor (PVD) e deposição química de vapor (CVD). Entre eles, o PVD é o processo mais comumente usado. A seguir, serão introduzidos esses dois métodos comuns de preparação de revestimentos de TiN, respectivamente.
1. Deposição física de vapor (PVD)
PVD é um método que converte materiais sólidos em estado gasoso através de processo físico e os deposita na superfície do substrato para formar um filme fino. O processo de PVD é amplamente utilizado na preparação de revestimentos de TiN. As tecnologias comuns de PVD incluem deposição por evaporação, pulverização catódica magnetrônica e evaporação por arco.
(1) Método de deposição por evaporação: Ao aquecer metal de titânio ou liga de titânio, o vapor de titânio é evaporado e reage com o nitrogênio em um ambiente de alto vácuo para formar o revestimento de TiN.
(2) Método de pulverização catódica magnetrônica: Usando equipamento de pulverização catódica magnetrônica, o alvo de titânio é bombardeado com íons de alta energia para liberar átomos de titânio, que reagem com moléculas de nitrogênio em uma atmosfera de nitrogênio e são depositados na superfície do substrato para formar um filme de TiN.
(3) Método de evaporação por arco: O alvo de titânio é aquecido por descarga de arco, de modo que o material alvo de titânio evapora e reage com o nitrogênio para depositar um revestimento de TiN.
O método PVD pode produzir revestimentos de alta qualidade e uniformes, e as condições do processo são suaves, sendo adequado para vários substratos.
2. Deposição química de vapor (CVD)
CVD é um método de deposição de um revestimento na superfície de um substrato por reação química usando precursores gasosos. No processo de CVD, gases fonte de titânio e fonte de nitrogênio são introduzidos na câmara de reação e reagem após aquecimento ou excitação por plasma para formar um revestimento de TiN.
(1) Deposição química de vapor a baixa pressão (LPCVD): Uma reação química é realizada em um ambiente de baixa pressão para depositar um revestimento de TiN de alta qualidade, que é adequado para produção em massa.
(2) Deposição química de vapor a pressão atmosférica (APCVD): A deposição é realizada sob condições de pressão atmosférica, o que é adequado para algumas aplicações especiais, mas devido à alta temperatura necessária, é frequentemente utilizada para peças ou peças de trabalho de grande tamanho que requerem revestimentos mais espessos.
Embora o processo de CVD possa produzir revestimentos mais espessos, ele requer uma temperatura mais alta e tem maiores exigências de equipamento. Portanto, em alguns casos, o processo de PVD é mais comumente utilizado.
Campos de aplicação do revestimento de TiN
A ampla aplicação do revestimento de TiN não só melhora o desempenho das ferramentas, mas também promove o desenvolvimento da tecnologia em muitas indústrias. A seguir estão os principais campos de aplicação do revestimento de TiN:
1. Ferramentas de corte
O revestimento de TiN é frequentemente utilizado em ferramentas de corte de metal, como facas, brocas e fresas, para melhorar sua resistência ao desgaste e resistência a altas temperaturas. O revestimento de TiN pode reduzir o atrito durante o corte e reduzir o acúmulo de calor entre a ferramenta e a peça de trabalho, prolongando assim a vida útil da ferramenta e melhorando a eficiência do processamento.
2. Moldes de precisão
O revestimento de TiN pode melhorar a resistência ao desgaste da superfície do molde, reduzir o atrito entre o molde e o plástico ou metal e reduzir a taxa de desgaste do molde, especialmente em moldes plásticos e moldes de fundição de ligas de alumínio.
3. Dispositivos médicos
O revestimento de TiN tem aplicações importantes em dispositivos médicos, especialmente em facas cirúrgicas, ferramentas dentárias, instrumentos cirúrgicos e outros campos. O revestimento de TiN pode melhorar a resistência ao desgaste e a biocompatibilidade do instrumento e, ao mesmo tempo, devido à sua aparência dourada, aumenta a estética do instrumento.
4. Peças automotivas
O revestimento de TiN é frequentemente utilizado em peças-chave, como peças de motor e sistemas de freio automotivo, para melhorar a resistência ao desgaste, resistência a altas temperaturas e resistência à corrosão, prolongar a vida útil das peças e melhorar o desempenho geral.
5. Revestimento decorativo
Devido ao seu belo brilho dourado, o revestimento de TiN também é amplamente utilizado em peças decorativas, como acessórios de alta qualidade, relógios, joias e capas de telefones celulares, combinando beleza e funcionalidade.
Tendência de desenvolvimento do revestimento de TiN
1. Revestimento multifuncional: Pesquisar e desenvolver novos revestimentos compósitos à base de TiN, como TiAlN, TiSiN, etc., para melhorar o desempenho abrangente dos revestimentos.
2. Tecnologia de revestimento de baixa temperatura: Desenvolver tecnologia de revestimento de TiN de baixa temperatura para reduzir o impacto térmico no substrato e expandir sua gama de aplicações.
3. Revestimento Nano-TiN: Usar nanotecnologia para fabricar revestimentos de TiN mais delicados e uniformes para melhorar a dureza e a resistência ao desgaste do revestimento.
Os revestimentos de TiN são amplamente utilizados em usinagem, medicina, automotivo e outras indústrias devido à sua excelente dureza, resistência ao desgaste, resistência a altas temperaturas e resistência à corrosão. Com o avanço da tecnologia de revestimento, o desempenho e as áreas de aplicação dos revestimentos de TiN serão ainda mais ampliados. Através da inovação contínua e otimização dos processos de produção, os revestimentos de TiN fornecerão à indústria soluções mais eficientes e econômicas, promovendo o desenvolvimento da usinagem em direção a maior precisão e maior desempenho.
