一、纳米材料与纳米涂层简介1、什么是纳米材料？ （1）纳米（nanometrer）是一个度量单位，1纳米（nm）等于10-9米。 （2）纳米材料（nano material），就是指用直径达到纳米级（1~100nm）的微小粒子制成的各种材料。2、为何纳米材料的性能比普通材料更优？当构成物质的颗粒尺寸进入纳米尺度，特别是几个纳米时，因其内部粒子间的结构形态将发生根本性变化，从而使得一系列的物理性能都更加优化，甚至发生本质上的变化，比如硬度、韧性、耐热性、防腐性能等等。3、纳米涂层（也称纳米薄膜）纳米薄膜具有的光，电，热以及机械方面的性能等方面的独特功能。
二、我们的纳米涂层1、我们的纳米涂层属于金属陶瓷材料，有金属和陶瓷双重特性，如下所述： （1）涂层硬度极高，是刀具，模具钢材硬度的3倍以上，甚至可达5000HV以上（陶瓷特性） （2）涂层细腻光滑，与钢材之间的摩擦系数小（陶瓷特性）： （3）涂层与金属不易粘黏，可以防止积屑，提高被加工件表面质量（陶瓷特性）： （4）良好的韧性，耐冲击，耐碰撞，可用于压铸模具、冲压模具（金属特性） （5）良好的热稳定性，部分涂层甚至可以承受1200℃以上的工作温度（陶瓷特性） （6）涂层晶粒极其微小，结构极为紧密，故有良好的耐酸碱腐蚀性能 （7）涂层无毒无害，且环保，可用于医疗器械，人工环节食品加工的刀工具（例如：果汁刀片机）等 （8）可导电，导磁（金属特性）2、应用中表现出的优点主要有： （1）刀具，模具的耐磨性大大增强，使用寿命提高3~10倍，甚至更高，使得客户成本大大降低； （2）减少换刀，修模的时间，提高生产效率； （3）产品表面质量提高，且不良率下降； （4）涂层的厚度很薄，仅为1-5μm左右（0.001um-0.005mm），故一般不会影响刀具，模具的尺寸精度。
三、对工件的要求1、材质 （1）一般要求是金属材料，如模具钢、高速钢、硬质合金、不锈钢、铜、铝合金等。 （2）
需要的工件必须能够承受至少200~650℃而不能熔化或碳化，故不能是塑胶、橡胶、纸张、棉麻、木材等材料。 （3）工件要能导电，一般不能是陶瓷、玻璃等。2、钢件热处理回火温度（1）对钢件热处理回火温度的要求 ①回火温度必须高于镀膜温度。因为如果工件回火温度低于镀膜温度，就会导致工件材料硬度下降，下降程度会因具体材料和温度不同而不同，可能会是几度到20度以上（HRC） ②不论回火温度如何，我司在镀膜过程中只能选择比热处理回火温度更低的温度处理，才能保证工件硬度不下降。 ③一般的回火温度有：a． 高温：500℃以上b． 中温：350℃左右c． 低温：200℃左右※注：实际上，热处理厂可以根据不同的材料、不同的要求设计出不同温度参数的回火工艺，并不单纯是上述几个数值。（2）我司镀膜的温度 ①根据不同的要求，我司的镀膜温度可以作三种选择：a．
高温：500℃b． 中温：320℃c． 低温：180℃ ②不同的镀膜温度镀的薄膜的特性会有些许差异，用TiN（氮化钛）举例说明：a． 颜色：高温镀的就会更金黄、光亮；低温镀的就会相对淡一些。b． 耐磨性：低温镀的相对于高温镀的耐磨性要差一些。（3）如何选择回火温度 ①无论何种材料，选择不同的回火温度所得到的硬度值一般是不一样的。 ②如果在硬度、韧性等基本要求都可以满足的情况下，请尽量选择更高的回火温度，以便于我们镀膜处理可以选择更高的温度，以达到更佳的效果。 ③并非任何材料都可以选择高温回火，因为有些材料选择高温回火比低温回火得到的硬度值相差很多，甚至可能达到20HRC。 ④不同的材料，其热处理特性也是不同的。应如何选择适合的回火温度，最后咨询您的热处理供应商（别忘了将您对工件硬度和需要镀膜的要求告诉他）。3、工件外形与镀面（1）工件最大尺寸： ①细长件：长度≤1000mm； ②圆柱形大模具，圆柱面未涂层重点：最大尺寸≤Φ800*800mm； ③板状大模具，板的一面为涂层重点：最大尺寸≤800（长）*650（宽）*450（高）mm。（2）工件上必须有不需要涂层的部位（如柄部、孔、螺纹、台阶等），以便于涂层中用于支撑和固定工件。（3）对于要求涂层的内孔，要求孔径≥孔深，否则不能保证内孔深处涂层厚度和质量。（4）为了保证使用重点面的涂层质量，客户须明确告知“使用重点部位”、“可镀可不镀的部位”、“一定不能镀的部位”，最好不要为追求美观而要求全镀。4、工件表面状况（1）工件一定要是已经过精加工，完全成型并且是可用的，涂层是所有制作工序中的最后一道工序。（2）工件一定要做好防锈工作，如涂抹防锈油等。（3）工件表面不能做渗碳、渗氮、氧化、TD、喷漆、电镀等处理。5、工件结构（1）工件上不能有密闭的中空结构，因为密闭的空气受热后膨胀，其压力会引起爆裂。（2）工件上如果有细长孔、缝隙（如喷水钻的注水孔）等，孔内或缝隙不能阻塞，否则残留的油污等会影响镀膜（同理，压铸塑胶模具试模后，残留的胶料要清理干净）。（3）镶嵌件，如果可用拆分的，就拆开镀，然后再组合使用；如果不开拆分的，要绝对保证镶嵌内部不能有油污，否则会影响镀膜。（4）焊接件，要注意两个问题： ①焊接材料能否承受450℃高温而不熔化，一旦熔化，会造成焊接和突出的异常； ②工件的精度是否允许焊接处在承受450℃高温的变形量，否则不宜做涂层。6、包装（1）任何工件在交我司做涂层的运输途中，均需要有包装，且包装必须能保证工件的安全。（2）对于锋利刃具，如铣刀、丝攻、铰刀等，建议采用每只产品之间都有区隔的包装方式。（3）对于较重的大型件，如果采用快递或货运，一定要有足够强度的包装箱，以保证运输途中不被损伤。 五、PVD涂层与其他表面处理的比较1、CVD简介（Chemical Vapor Deposition——化学气相沉积）（1）将各种化学反应物质：如四氯化钛（TiCl4）和甲烷（CH4）等含碳气体（或其它碳氮气体）蒸气等通入反应炉体内，在高温（900~1200℃）状态下，TiCl4中的钛（Ti）和碳氢化合物中的碳（C）在模具表面进行化学反应，从而生成一层金属化合物涂层碳化钛（TiC）。利用不同的反应物，可得到不同的薄膜，如TiN、Ti（CN）、CrC等等。（2）CVD的优点： ①镀膜与基材的附着性优良； ②复杂的形状都可以处理：如深孔、内管、细缝等。（3）CVD的优点： ①镀膜温度太高，对基材和反应设备的耐热性要求很高，很多工件难以承受； ②高温使基材尺寸变化和变形严重，故适于精密度高的工件； ③对于要求工件局部镀膜，难以实现； ④活泼性气体源的使用，制程中有爆炸、毒性气体泄漏等隐患，且对环境有污染。2、TD简介（Thermal Diffusion Coating Process——热扩散法碳化物覆层处理）（1）在空气炉或盐槽中放入一个耐热的坩埚，将硼砂放入坩埚加热熔化至800~1200℃，然后加入相应的碳化物形成粉末（如钛、钡、铌、铬），再将钢或硬质合金工件放入坩埚中浸渍保温1~2小时，加入元素将扩散至工件表面并与钢中的碳发生反应形成碳化物层（如：VC—碳化钒；CrC—碳化铬），所得到的碳化物层具有很高的硬度和耐磨性。（2）TD最主要适合于以下铬钢的工件。国际标准中国
日本
美国
瑞典
—
Cr12MoV
SKD11、SLDD2
XW—41160CrMoV12Cr12Mo1V1
SKD11
D2
XW—42
100CrMoV5Cr5Mo1V
SKD12
A2
XW—10210Cr12Cr12
SKD1
D3
XW—5——DC53——（3）TD的优点：
①覆层与基材的附着性优良； ②覆层的厚度较厚。（4）TD的缺点： ①处理温度太高，对基材的耐热性要求很高，很多工件难以承受； ②高温使基材尺寸变化和形变严重，故不适于精密度高的工件； ③对于要求工件局部镀膜，难以实现； ④覆层的厚度较厚，精密工件精度会受影响； ⑤覆层后表面状况较差，一般须作后处理（如抛光等）才可使用。3、电镀硬铬（Cr）简介（1）用铬酐、硫酸和添加剂等配制成电镀液，将工件放入溶液中电镀金属铬沉积在工件表面形成镀层。（2）实际上所谓“镀硬铬”，其铬层硬度并不比装饰铬层硬度高，只因其镀层较厚，故能发挥其硬度高、耐磨的特点，故称镀硬铬。（3）镀硬铬的优点：①工件大小不受限制；②镀层厚度较厚，可以适当弥补因加工超差的工件尺寸；③成本较低。（4）镀硬铬的缺点：①硬度较差，耐磨性较差；②镀层厚度较厚，不能满足高精度要求，锋利的刀具镀后刃口会变钝；③环保问题严重。4、渗氮的简介（1）氮化：将待处理的工件放在渗氮炉中，炉内加温500~700℃，充入的含氮气体在高温状态下分解后产生活性氮原子，被刚才表面吸收渗入其中并且不断自表面向内扩散，形成氮化层，表面硬度可达900~1100HV。（2）氮化的优点：①工件大小不受限制；②氮元素与工件基材结果，故结果牢固；③成本较低。（3）氮化的缺点：①硬度较低，耐磨性较差；②应用面窄，只能针对钢材；③表面仍是钢材的特性，不能改善与金属粘黏等问题。
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