基于4G-CAE多元纳米复合涂层技术—高性能工具镀膜解决方案

　　高温合金是制造高温高热端部件的关键材料,也是大型发电设备,如工业燃气轮机、氦气轮机、烟气轮机、火力发电机等动力装置的核心材料。目前我国高温合金生产能力和需求相比仍存在缺口，政府不断出台政策支持高温合金行业的发展，因此，未来行业景气度确定向上，那么拥有广阔前景的高温合金材料，如今刀具加工企业者们下一步将面临的是需要更高性能工具涂层来迎接这项新的挑战。

　　材料特性

 

　　高温合金钢按其化学成分有Fe基、Ni基、Co基3种，并含有许多高熔点合金元素，它们与其他合金构成纯度高、组织致密的奥氏体合金。有些元素又与非金属元素C、N、O等结合成比重小，熔点高的高硬度化合物，还能形成一些具有一定韧性的高硬度的金属间化合物，同时有些合金元素进入固溶体，使基体强化。高温合金经长期时效后，又能从固溶体中析出硬质相，进一步使晶格歪扭，这不仅增大了塑性变形阻力，而且由于硬质颗粒的存在，加剧了刀具的磨损。

 

　　①切削力较大，为一般钢材的1.5~2倍；

　　②切削温度高，切削温度约为45#钢的1.5~2倍；

　　③加工硬化现象明显，硬度变化约为原基体的1.5~2倍；

　　④不易断屑；

　　⑤磨料磨损、粘接磨损、扩散磨损同时加剧。

 

　　那么如何快速高效的加工此类材料？涂层镀制中4G-CAE电弧技术又具有哪些优势？北京丹普为此提出了高性能工具涂层的解决方案。

● 电磁和永磁复合磁场驱动
● 增强等离子体密度
● 有效抑制“微液滴”
● 提高靶材利用率

 

　　4G-CAE电弧技术其中特点之一就是电磁和永磁复合磁场驱动，改变了传统阴极电弧单一永磁场的工作模式。在相同条件下，复合磁场使弧斑均匀细碎，同时在更强磁场的驱动下，阴极电弧放电在靶材表面附近产生的等离子体，会被推向镀膜区域，大大增强了真空室内的等离子体密度，改善了反应离子镀膜的环境和条件；从而能显著改善反应离子镀膜质量。

 

　　同时4G-CAE阴极电弧源在抑制涂层工作中“微液滴”时也更有效。在可变强电磁场的驱动下，弧斑不仅会沿着靶面圆环快速跑动，还会沿着直径方向来回移动；使得电弧弧斑跑动更快、每个弧斑更细碎（如下图）、弧斑数量更多。从而降低“微液滴”的尺寸和大大液滴的数量，使得所镀膜层更加细腻和光泽。

　　对于大量含Al的各种合金靶材（如AlTi和AlCr系合金靶等），4G-CAE阴极电弧在抑制Al液滴显示出非常显著的效果！

 

　　4G-CAE实际放电状态：在不同放电电流（95A或150A）下，持续放电1秒钟时间，电弧弧斑在靶面上的分布可以控制均匀。

　　4G-CAE靶材利用率高：利用电磁场强度容易调整改变的特性，调制弧斑在靶材直径方向上往返移动，以实现更均匀的靶材烧蚀形貌，提高靶材利用率。靶材利用率可达70%。

　　

　　基于4G-CAE阴极电弧源，北京丹普AS700系列刀具涂层设备具有如下特性和优点：

 

　　（1）气体离子刻蚀清洗技术

　　气体离子源（Gas Ion Source）放电、产生均匀分布的气体离子，对工件表面进行气体离子轰击刻蚀和清洗，可精确控制对工件表面的损伤程度，实现工件表面的彻底清洁和活化；

 

　　（2）气体离子辅助反应镀膜技术

　　在镀膜过程中，GIS持续放电、产生大量均匀分布的反应气体离子，实现辅助化学反应镀膜。

 

　　（3）第四代阴极电弧技术（4G-CAE）

　　弧斑跑动更快、数量更多，显著降低了微液滴的尺寸和大液滴的数量；在阴极电弧靶面放电产生的等离子体能够被有效的拉进真空室，大大增强了镀膜区域的等离子体密度；靶面放电烧蚀均匀、容易控制，可靠性稳定性提高。

 

　　（4）多元纳米晶复合涂层工艺技术

　　由于AS700系列离子镀膜机可以最多配置4组不同靶材成份的4G-CAE阴极电弧源系统，容易实现多元纳米晶负荷涂层工艺技术（Multiple nano composite coating）。使得刀具的涂层更具通用性，涂层产品趋于标准化；磁控溅射（MS）技术的结合，可以有效的实现多元薄膜的制备，显著改善膜层中的纳米结晶结构和特征。

 

　　（5）全面数字智能控制技术

● 智能源挡板系统：一套源挡板系统实现所有靶源和气体离子源的预溅清洗。
● 智能真空控制模式（VCM0-VCM4）：实现镀膜过程中真空过程的精确控制。
● 智能温控系统：实现真空室温度和加热器温度的智能双温控制。
● 可移出式下转架系统：带来极大的使用和维护方便、提高镀膜生产的安全性和效率。
● 智能冷却水循环系统：实现靶源放电的充分冷却和真空室开门保温的双重效果。
● 镀膜过程一键式全自动控制：IPC人机界面（虚拟手动控制面板）；Internet遥控连接技术支持。