Покрытие нитридом титана стали. Порошковая технология
Для покрытия материалов в наше время используется целый комплекс разных технологий. Есть технологии вакуумного покрытия, электронно-протонного излучения, высокотемпературный синтез и многие другие.
Покрытие стали нитридом титана
В современном мире все более популярными становятся «золоченые» декоративные украшения и изделия. В промышленности это упрочнение (напыление) инструментов и деталей нитридом титана. Данный химический элемент обладает как внешним декоративным видом, так и ценными эксплуатационными качествами — высокой твердостью, стойкостью и химической инертностью. В промышленности нанесение покрытия нитридом титана осуществляется:
- Методом осаждения в вакуумных установках. Он реализуется разными способами — ионное осаждение, система конденсации в плазменной фазе и распыление в магнетронных установках: PVD (Physical Vapour Deposition), или ФОП-технология.
- Метод химического осаждения: CVD (Chemical Vapour Deposition), или ХОП-технология.
- Плазменное напыление в СВЧ-плазмотронах.
- СВС-технология (самораспространяющийся высокотемпературный синтез).
Покрытие стали нитридом титана по методам осаждения дает хорошие результаты по качеству, но требует технически сложных установок (вакуумных, парогазовых) в промышленных предприятиях. Кроме того, это требует специфического оборудования, материалов и промышленных газов (например, азота). К тому же в гальванических цехах образуются ядовитые отходы.
Плазменные установки. Процесс
В установках плазменного типа покрытие нитридом титана осуществляется электро-плазменными распылителями с применением готового порошкового сырья (нитрид титана в порошковой форме). Плазмотроны для распыления сравнительно несложны, процесс там совершается без вакуума и особой газовой среды. Но в целях сокращения окисления нитрида титана кислородом для образования плазмы применяется аргон. Он обладает инертными свойствами. В СВЧ-плазмотроне применяется азот. Такую порошковую технологию покрытия можно применять в небольших оборудованных помещениях, например в частном бизнесе.
Недостатки способа плазменного напыления
В установках плазменного типа технология покрытия нитридом титана имеет такие недостатки:
- слабая адгезия. Прочность прикрепления покрытия уступает методам PVD или CVD, напыление склонно отстаиваться;
- пленка, покрывающая поверхность, строго неравномерна;
- декоративные свойства такой пленки невысокого качества;
- напыление за определенный промежуток времени может производиться несколько раз, поэтому изделие склонно к износу.
Очевидно, что если покрытие нитридом титана осуществляется в небольших, мало оборудованных помещениях, результат имеет существенные недостатки. Такое покрытие используют лишь в декоративных целях. Например, такое качество требуется в производстве сувенирных продуктов, на мебельной фурнитуре, в бижутерии и т. д.
По высокотемпературному синтезу покрытие нитридом титана производится в закрытых реакторах с применением нагрева уже готового изделия. В таких установках покрытие, получается чистым и однородным. По прочности, твердости и тугоплавкости оно превосходит известные композитные материалы.
Нагрев реактора до высоких температур происходит за счет экзотермических процессов. В результате реакции нескольких химических элементов формируется деталь. Температура достигает 4000 градусов. Так можно получить отличный чистый нитрид, диборит титана, кремния и алюминия и других материалов с готовыми покрытиями. Процесс покрытия нитридом титана в вариантах высокотемпературного порошкового синтеза производить можно и дополнительно. В новых СВС-реакторах любой материал получается необычным и изысканно декоративным.
Преимущества материалов, покрытых нитридом титана
К ним относятся:
- значительная сопротивляемость механическим повреждениям;
- разнообразные цвета покрытий;
- функциональная долговечность;
- экологичность инновационного производства;
- удобство и легкость в работе;
- применяется во многих сферах производства, от украшений (золочения) куполов церквей до производства сувениров.
Можно утверждать, что в производстве цена покрытия из нитрида титана намного ниже, чем в других производствах, где требуется золотое напыление. К примеру, один квадратный метр листа из нержавейки с «золочением» обойдется приблизительно в 2,5 тыс. рублей. Покрытие TiN не тускнеет, защищает материал от ржавчины. Срок службы оболочки нитрида титана значительно дольше. Такое соединение устойчиво к температурам в 800 градусов.
Осуществляемое покрытие имеет много особенностей. Покрытие нитридом применяется в изготовлении интегральных микросхем, потому что этот материал является и проводником, и изолятором. Нанесение напыления придает поверхности разные цветка, изделия получаются более декоративными. Это цвет золота, бордовый, зеленый и синий, а также серебряный и малиновый Все они стабильны, не выгорают и не размываются.
Советуем подписаться на наши страницы в социальных сетях: Facebook | Вконтакте | Twitter | Google+ | Одноклассники
Источник
Технология напыления нитрида титана и используемое оборудование
Производство товаров в 21 веке невозможно представить без нанесения пленочных покрытий в вакууме (вакуумное напыление) . По применению покрытия можно разбить на два класса: защитно-декоративные и функциональные .
Когда говорят о «функциональности», чаще всего имеют ввиду полезное использование физических и химических свойств покрытий: электрических, оптических, магнитных, механических, коррозионных и каталитических, или их комбинации (оптических и электрических — пленки окисла сплава индий-олово обладают одновременно и оптической прозрачностью и электропроводностью). В качестве функциональных покрытий чаще всего используются пленки металлов в виде сплавов и их соединений с кислородом, азотом, углеродом (так называемые реактивные покрытия).
Сложный химический состав покрытий можно получить только с использованием техники ионного распыления в вакууме , разновидностями которой является катодное распыление и его промышленная модификация магнетронное распыление .
Развитие техники магнетронного распыления позволило решать в настоящее время целый комплекс задач, ранее являющихся исключительной прерогативой гальваники и дугового испарения в вакууме. При этом качество покрытий, полученных методом магнетронного распыления, существенно выше, чем полученных традиционными способами. Главным изменением в технике магнетронного распыления, приводящим к этим новым возможностям является существенное увеличение и возможность регулирования степени «ионного сопровождения» в процессе роста покрытия (увеличение и регулирование «ассистирующей» ионной бомбардировки растущего покрытия). Эти магнетронные распылители сегодня получили название несбалансированных магнетронов (НМ) и магнетронов с двойным незатухающим разрядом (ДНР).
За счет особой конфигурации магнитного поля НМ позволяют осуществлять нанесение покрытий, обеспечивая воздействие на поверхность растущей пленки потоком ионов плазмы на больших dS-T=150-200 мм расстояниях от распылителя до подложки.
Ионная бомбардировка поверхности растущей пленки позволяет регулировать характеристики зародышеобразования, морфологию, химический состав, микроструктуру и напряжение в пленке. Эти возможности к увеличению мобильности адсорбированных атомов или повторному распылению слабо связанных, обусловлены высокой энергией бомбардирующих ионов, приводящих частиц. Благодаря эффекту «атомной проковки» ионная бомбардировка позволяет получать плотные беспористые пленки с высокими напряжениями сжатия, имеющие гладкую блестящую поверхность.
И наконец, что особенно актуально, при достаточно высоких уровнях ионного воздействия можно получать так называемые «ионные» реактивные покрытия (пленки нитридов, карбидов, оксидов металлов) , обладающие комплексом экстраординарных механических, теплофизических и оптических свойств (высокой твердостью, износостойкостью, электро- и теплопроводностью, оптической плотностью) , коренным образом отличающихся от гальванических покрытий и покрытий, полученных вакуумной дугой с их пористостью и капельной фазой.
Новые возможности, обеспечиваемые магнетронными распылительными системами (МРС) на основе НМ, расширяют старые или привносят новые функциональные и технологические возможности в промышленном производстве покрытий.
Так возможность нанесения ионных реактивных покрытий при низких (до 373 К) температурах позволяет наносить эти покрытия на перспективные изделия из материалов с низкой температурной стойкостью (например, латуни, пластмассы ) или из углеродистых сталей с низкой температурой отпуска. Существенное, по сравнению с обычными магнетронам, увеличение предельных расстояний мишень-подложка (ds-T), на которых обеспечиваются необходимые условия олучения качественных реактивных покрытий (от 50мм – для обычных магнетронов, до 100п…200мм — для несбалансированных МРС), позволяет увеличить производительность промышленных установок, за счет увеличения размеров «эффективной» зоны нанесения покрытий, а так же наносить покрытия на изделия больших размеров и сложных конфигураций .
Ионное воздействие на поверхность растущей пленки описывается следующими параметрами: — плотностью ионного тока js; — отношением потока ионов к потоку осажденных атомов (число падающих ионов на осажденный атом) v = ni/na; — энергией ионов Ei или величиной отрицательного (относительно плазмы) потенциала самосмещения Usb;
При этом Usb определяет Ei в случаях нанесения диэлектрических пленок или электропроводящих пленок на диэлектрические подложки; при нанесении электропроводящих пленок на электропроводный материал Ei может регулироваться величиной потенциала смещения Us, подаваемого на подложку от внешнего источника.
Повышение этих параметров соответствует увеличению интенсивности и энергетики ионного воздействия.
Уровень ионного воздействия, необходимый для получения высококачественных покрытий, различен в зависимости от вида осаждаемых пленок.
Так, для получения высококачественных «ионных» реактивных пленок нитрида титана и карбидов металлов (TiN, TiC, ZrN), обеспечивается ионное воздействие с v>2 и Ei=50..150 эВ.
Качественные диэлектрические оксидные пленки (ТiО2, ZrCb, AI2O3) получаются при умеренном ионном воздействии (v = 1…2), но с достаточно высокой энергетикой ионов (Ei >40 эВ), которая в этом случае должна обеспечиваться высокими значениями потенциала самосмещения Usb.
Мы использовали НМ для осаждения окисных слоев In2O3 и ТiО2. Несбалансированные магнетроны служили в качестве источника с высокой электронной температурой, дававшей высокий отрицательный потенциал на подложки, находившиеся в плазме (Usb= -10 ? -60 В) и относительно сильную ионную бомбардировку диэлектрических пленок без какого-либо внешнего смещения.
Для получения плотных беспористых металлических пленок,при замене гальваники, в состоянии сжатия (Al, Сu, Ti, Сг, Мо) предпочтительны низкие уровни ионной поддержки (v=0,1… 1,0), так как при более интенсивной ионной бомбардировке, возрастание сжимающего напряжения выше определенного предела может привести к разрушению пленки.
В качестве основных технологий фирма «Технопрофиль-2000» использует магнетронные методы распыления в самой современной модификации НМ и ДНР, в самой производительной и воспроизводимой форме – шлюзовых вакуумных установок непрерывного действия.
Источник
Покрытие нитрид титана.
Покрытие нитрид титана (покрытие «под золото») широко востребовано во многих сферах жизнедеятельности. Популярным направлением дизайна является использование декоративных покрытий. Идеальный вариант, если такое оформление сочетает высокие эстетические и защитные качества. Уникальное покрытие нитридом титана украсит любой объект и улучшит его потребительские характеристики. Доказанный факт: покрытие становится крепче на открытом воздухе, а его цвет получает большую отчётливость.
Нитрид титана – это популярный современный материал желтоватого цвета, применяемый для декоративного нанесения на различные изделия из нержавейки марки AISI 304, устойчивый к воздействию сильных кислот – серной и соляной. Также возможно нанесения покрытия на ABS пластик и другие материалы. Предварительно их покрывают специальным материалом (например, никелевым или хромовым подслоем).
Цвет и оттенки покрытия зависят от материалов катодов, состава воздушно-газовой смеси, степени разрежения (состояния вакуума) в камере, разности потенциалов между заготовкой и испарителем, частоты и силы ионных токов, применяемых для очистки и подготовки поверхностей.
Лучшим материалом для нанесения покрытия нитрид титана является — нержавеющая сталь AISI 304. Немаловажным фактором удобства работы с нержавейкой этой марки является простота полировки.
Перед вакуумным напылением мы проводим плазменную полировку нержавеющей стали.
На своём производстве мы используем катодно-дуговое осаждение (метод КИБ) – на сегодняшний день, это самый передовой и качественный метод нанесения покрытия нитрид титана.
Выбирая компанию по покрытию нитридом титана, обратите внимание на технологию его нанесения. Цены на покрытие нитридом титана у разных компаний варьируются. Здесь экономия может дорого обойтись. Мы предлагаем вам по-настоящему высокое качество по доступной цене.
Область применения покрытия Нитрид Титана.
Церковная тематика — покрытие куполов храмов, кресты, шары, церковная утварь.
Реклама, промоушн. Для привлечения внимания используют «золотые» металлические объемные буквы, передвижные конструкции, вывески, таблички.
Дизайн интерьеров. Нитридно-титановую обработку применяют для украшения кабин лифтов и дверей в холлах, элементов декора, ниш, арок, скульптурных групп, изделий из декоративного камня, стекла и металла.
Мебельное производство. Нанесение покрытия TiN используют для оформления золотых и медных диванных конструкций, оснований кроватей, тумб, столов и подстолий, опор и ножек, шкафов-купе, фурнитуры.
Строительство. Ионно плазменное покрытие наносится на лестничные конструкции, перила, поручни.
Производство сантехники, аксессуаров для ванной. Напыление «под золото» нитрид титана – популярный вариант покрытия смесителей, вешалок и полочек, полотенцесушителей.
Промышленность. Нитридная оболочка обладает хорошими защитными свойствами, обеспечивает стойкость к коррозионным воздействиям, влиянию неблагоприятных факторов окружающей среды, укрепляет кристаллическую решетку металла. Незаменимое покрытие нитрид титана многократно упрочняет режущий инструмент.
Медицина. Титановое напыление используется в производстве зубных протезов, вставок, накладок и коронок. Такие изделия долговечнее и дешевле золотых изделий для протезирования.
Свойства покрытия нитрид титана.
Высокие эстетические качества. Если подобраны правильные параметры напыления, вещи с титановым напылением по цвету и блеску покрытия очень похожи на изделия из натурального золота.
Конкурентная цена. Стоимость прочной оболочки на порядок дешевле такого же по толщине золотого напыления, при том, что срок службы нитрида титана в несколько раз дольше.
Длительный срок службы. Покрытие TiN не тускнеет и не отслаивается со временем.
Экологичность. Материал абсолютно безвреден для людей.
Устойчивость к воздействию кислотных и щелочных сред. Нитрид титана невосприимчив к атмосферным явлениям, серной, соляной кислотам, фосфатам и хлору.
Прочность, хорошая сопротивляемость механическим повреждениям. Материал обладает высокой прочностью, его применяют даже при обработке режущего инструмента.
Широкий температурный диапазон использования. Соединение устойчиво до 700-800 °C.
Методы и технология нанесения покрытия нитрид титана.
Нанесение нитрида титана при помощи вакуума основывается на формировании направленного потока частиц этого элемента на поверхность и их последующей конденсации с образованием плёнки.
Поведение любой частицы напыляемого материала в момент контакта с поверхностью находится в прямой зависимости от её энергии, химических свойств детали и температуры поверхности. Чтобы покрыть нитридом титана заготовку, необходимо создать оптимальные условия для максимальной конденсации частиц на поверхности.
Существует несколько видов напыления:
- конденсация с ионной бомбардировкой (КИБ);
- атомная ионизация и распыление (АИР);
- газофазовое осаждение;
- магнетронное нанесение;
- термодиффузионное насыщение;
- электронно-лучевое испарение.
Самым качественным считается катодно-дуговое осаждение (метод КИБ). Он обеспечивает прочную адгезию (схватываемость с основанием) защитного покрытия благодаря внедрению атомов титана в кристаллические структуры материалов нижнего слоя. Толщина напыления около 3―5 мкм.
Источник
