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先进制造
新型刀具涂层技术与产业化

1、项目简介：
    随着现代工业、制造业和汽车、航空航天等高技术产业的迅猛发展，耐磨润滑材料已成为减小所有运动部件摩擦磨损、节能降耗、提高其使用寿命和可靠性运行的关键共性问题。另外，随能源和环境问题的日益凸出，传统的湿式电镀技术也因其对环境造成的严重污染、和对人体健康的巨大威胁，其发展已面临严峻挑战，寻找一种能替代电镀的无毒、绿色、环保的新型表面涂层处理技术也已成为世界各国关注和研究的热点。

    本项目拟利用多种物理气相沉积复合化学气相沉积的碳膜制备技术，从碳基薄膜的组成入手，引入不同纳米多层、纳米梯度、纳米复合的结构设计，研究制备沉积参数对薄膜力学、摩擦学性能等的作用规律，建立相关薄膜的生长机制和优化工艺，实现高性能硬质固体润滑碳膜材料制备新原理、新方法、新技术的突破，并在汽车、工具、刀具、模具、磁存储、微电子等若干领域取得良好的工程化应用，提供其相关的成套产业化关键技术及装备。

2、市场背景：
    我国的刀具PVD涂层技术仍落后先进国家十年左右。目前国外刀具PVD涂层技术已发展到第四代，而国内尚处于第二代水平，且仍以单层TiN涂层为主。除了涂层技术的发展还有待提高之外，新型环保节能涂层的开发与探索也势在必行，因为随着机械加工工业水平的提高，对刀具提出了新的要求。除了提高使用寿命外还要求减少切削时的污染，尽可能使用干切削。在不能完全取消切削液的时候，尽量做到其中只含防锈剂而无有机物，这样可以使循环回收的成本大为降低。要解决减少或免除切削液带来的问题，刀具镀层不仅应使刀具具有长寿命，且应有自润滑的功能。类金刚石涂层（DLC）的出现在对某些材料（Al、Ti及其复合材料）的机械加工方面显示出优势。

3、技术特点、指标：
技术特点：
（1）目前拥有自行设计开发的线性离子束混合磁控溅射设备，可以制备大面积均匀类金刚石薄膜，金属掺杂类金刚石薄膜，碳化膜，氮化膜等膜层。通过工艺和制备参数的改变，可以实现单层、多层、梯度等多样复杂膜层体系。
（2）通过金属掺杂，可以有效降低类金刚石薄膜中的残余应力，提高薄膜与基体的结合力，提高薄膜热稳定性。
（3）相比其它刀具涂层，类金刚石薄膜更易制备（主要以含碳气体为原料）。而且制备过程清洁、环保、快速，可以实现无人控制。

技术指标：
硬度：30-80GPa;
摩擦系数：0.05-0.2;
与硬质合金衬底的结合力：35-100N;
表面粗糙度：< 10nm;
热稳定性：300-650℃;
涂层厚度：< 2mm
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