技术提供者身份:技术独立研发者
技术研发阶段:产业化
交易方式:技术入股/授权许可
技术标签:新材料-先进钢铁材料-新型高性能掘进机刀具用钢
研发背景
CVD是通过气相物质的化学反应在基材表面沉积固态薄膜的一种工艺方法。在CVD工艺中,气相沉积所需要金属源的制备相对容易,可进行TiBN、TiB2、TiN、TiC、TiCN、Al2O3等单层及多元多层复合涂层,其涂层与基体结合强度较高,薄膜的厚度达7~9μm,CVD涂层具有较好的耐磨性,其涂层源的制备比较容易,镀膜的均匀性比较好,内应力很低并能够得到比较厚的镀膜。高温化学气相沉积技术适用于高速度、高温度、大负荷的干式切削条件,刀具的寿命比一般的涂层刀片延长了一倍。
我国CVD涂层技术的研究开始于七十年代初,由于该项技术的专用性强,并于八十年代中期达到实用化。我国PCVD技术的研究开始于九十年代初,该技术目前主要用于模具涂层。从总体上讲,我国的CVD技术与国际先进水平保持同步。
2015年,国内工具年消费额为8500亿,发达国家涂层占总市场份额的80%,中国占其20%。根据国家《高端装备制造业“十二五”发展规划》大政方针,CVD技术市场前景广阔。
目前,切削刀具的三大关键要素包括表面涂层、工具材料和加工工艺。
应用范围
CVD技术适用领域广泛:
可用于大型设备探头,例如石油钻探探头、地质勘探探头;
可用于大型船舶镀膜以及大型机械设备涂层,例如整台发动机涂层;
其氧化铝绝缘涂层广泛用于海军船舶和航艇用结构件表面。
技术路线及原理
CVD原理主要基于四个滑雪反应,包括氧化还原反应,歧化反应,合成或置换反应和金属有机化合物反应。其原理:反应气体被吸附于基体表面并产生化学反应形成晶核,从而使涂层材料不断生长。反应物质源包括气态物质源,液态物质源和固态物质源(如图1所示)。
工业CVD涂层技术主要包括三个部分:
先进高端的CVD真空装备制备,如氧化铝涂层设备的自主开发
CVD涂层工艺开发
高端CVD涂层产品(比如海洋防腐耐磨绝缘涂层-Al2O3涂层,如图2所示)
其中,设备关键问题有两个:
气流均匀可控
温度均匀可控
工艺关键问题有两个:
晶型
生长速率
技术特色
本技术方案具有以下几点优势: 国内材料、自主工艺开发出的涂层产品达到国外同类产品的质量水平; 自主开发氧化铝涂层设备; 氧化铝涂层具有高抗氧化防腐蚀绝缘性能; 自主研发一系列CVD涂层装备各个系统的制造,满足客户对材料的不同需求; 提升基体材料的强度、硬度、耐磨、耐蚀等性能; 提高构件的使用寿命; 与国外同类产品相比,设备成本降至30%。
经济效益分析
目前,本技术方案已进入生试阶段,可以大量生产。通过先进CVD装备制备--涂层工艺开发--高端涂层产品的“交钥匙”模式,效果明显,可以完成以下指标:
通过自主研发工艺开发出的涂层产品,达到降低成本超过30%以上;
通过氧化铝涂层,提升基体材料的强度、硬度、耐磨、耐蚀等性能,使基体材料的使用寿命达到十倍以上。