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刀具涂层颜色篇一
2.3 三效催化剂助剂 2.3.2 助剂的作用
助剂也称作助催化剂，是三效催化剂的核心技术之一。三效催化剂主要由活性组分、助剂和氧化铝涂层三大部分组成，其活性组分主要为贵金属铂pt、铑rh和钯pd，可选择余地不大，可见涂层和助剂是主要研究对象。三效催化剂助剂的作用主要有：（1）提高催化剂的高温稳定性。三效催化剂的工作温度高达800－1000℃，紧耦合催化剂的表面的温度甚至能达到1100℃以上。这就要求催化剂要有很好的高温稳定性及抗高温烧结能力，用于氧化铝涂层的热稳定助剂就属这一类助剂。用作三效催化剂热稳定助剂的主要有碱土和稀土金属的氧化物等
（2）促进贵金属的分散。三效催化剂的转化效率主要取决于活性组分的分散程度。贵金属活性组分的分散程度越大，金属粒子越小，就能提供更多的催化反应活性位，催化剂比活性就越高，转化效率越大。在实际制备过程中，应根据所采用的贵金属原料及制备工艺选择合适的分散助剂。稀土金属铈ce和la等对贵金属具有很好的分散作用，常被作用三效催化剂的分散助剂；
（3）增加催化剂的低温催化活性。为缩短催化转化器的起燃时间、降低汽车在冷起动阶段污染物的排量，要求三效催化剂具有很好的低温催化活性。当然可以通过增加催化剂中贵金属的含量来提高催化剂低温活性，但成本较高。另一个途径就是使用过渡金属铜cu、铁fe等金属氧化物助剂；
（4）提高催化剂的储──放氧能力。储氧能力是三效催化剂一个重要的性能指标，储氧能力越强催化剂空燃比窗口越宽、催化活性越高。三效催化剂常用的储氧助剂有铈ce、锰mn及镨pr的氧化物等，其中氧化铈ceox用得最广；
（5）（6）促进水煤气反应。稀土金属氧化物等能促进水煤气反应，从而提高三效催化剂的催化转化效率； 改善催化剂界面吸附特性及表面酸碱性。有些助剂可改变催化剂对不同反应物种的吸附特性，从而提高催化剂的对目标反应物种的选择性催化能力或提高对目标反应产物的选择性。催化剂表面酸度值对催化剂的活性及选择等都会产生影响，碱金属和碱土金属氧化物等是很好的、调节催化剂表面酸碱度的助剂；
（7）影响催化剂的金属──载体强互作用（smsi）。近来的研究表明在三效催化剂涂层中金属组份与载体之间存在着强相互作用smsi，这种强相互作用有可能改变催化反应历程，从而影响催化剂的活性。添加稀土金属氧化物等助剂可以改变这种强相互作用，从而提高催化剂的活性或选择性等；
（8）增强催化剂抗中毒能力。催化剂的化学中毒形式总的来有两种：①致中毒物种与催化剂活性组份发生反应产生新的物种，致使催化剂活性位永久性减少，不可再生；②致中毒物种吸附在催化剂的活性位上，阻止目标反应物与催化剂的接触，这种中毒过程一般可以再生。可在催化剂中加入抗中毒助剂，来解决中毒问题。抗中毒助剂主要有两类：一类是对致中毒物种具有更强的选择吸附及反应能力，这类助剂优先与致中毒物种反应，消耗自己以延长催化剂的使用寿命；另一类是对致中毒物种较钝感的助剂，将这类助剂定向“缝制”在易中毒组份的表面或周围，阻止致中毒物种与催化剂活性组份的接触，从而达到保护催化剂活性组分的作用；
（9）产生新的活性中心或活化原有的活性位。稀土金属氧化物（如氧化铈等）对贵金属具有很好的分散作用，可使催化剂产生新的活性位；另外这类助剂也可对钝化了的活性位进行活化，两种作用的结果都有助于提高催化剂的催化活性
（10）直接参与三效催化反应。如前所述，助剂也称助催化剂，表明助剂在某些条件下是直接参与三效催化反的。稀土金属、过滤金属氧化物及氧化铝等本身就是很好的工业催化剂，在三效催化反应表现出一定的催化净化能力等；
（11））用于氮氧化物吸附──还原稀燃催化剂中。这类催化剂助剂主要有氧化钡bao等。如图21和图22所示，在稀燃时吸收排气中过多的氮氧化物，生成硝酸钡ba(no3)2；在富燃时硝酸钡分解释放出来与排气中的还原性气体反应被还原；
2.3.2 助剂的种类与功能2.3.2 助剂的种类与功能 如前所述，助剂是三效催化剂研究的核心内容所在，也是专利申请的重点所在，对助剂研究的文献报告也很多。目前应用于三效催化剂的种类很多，所用物种几乎涵盖了除放射元素以外的所有元素。总体来说用于三效催化剂的助剂可归纳为三大类：碱（土）金属、稀土金属和非贵金属的氧化物。碱（土）金属以钾k、钠na、镁mg、钙ca、钡ba等金属氧化物应用较多；稀土元素主要有la、ce、pr等轻稀土等；非贵金属包括过渡金属铁fe、钴co、镍ni及钛ti、钒v、锰mn、钇y、锆zr等金属氧化物；
碱金属k、na的氧化物碱性较强，用作三效催化剂助剂时主要是用于调节催化剂的表面酸碱值及界面特性等。但其氧化物熔点相对较低，高温下促进液相烧结，对涂层及催化剂的热稳定性不利。碱土金属氧化物也是强碱性氧化物，同样可以用于催化剂表面酸碱值的调节。碱土金属氧化物的熔点都较高，是较好的热稳定助剂；
稀土金属氧化物是三效催化剂中应用最多的一类催化剂助剂，这与稀土金属特殊的电子层结构有关。稀土金属对贵金属的分散、涂层的改性、催化剂的储氧能力等都有很好的促进作用，其中氧化铈被认为是三效催化剂必不可少的助剂。氧化铈ceox在三效催化剂中的作用很多，主要功能在于提高催化剂的储氧能力。氧化铈的储氧机理如图23所示。稀燃时还原态的ce2o3吸附排气中过量的氧气，自身被氧化成高价态的ceo2。富燃时ceo2释放出吸储的氧气参与催化反应，自身被还原成ce2o3。向氧化铈中添氧化锆可提高氧化铈的储氧量和储、放氧速率，因此在催化剂制备中大多数用的是铈锆固溶体。为进一步改善铈锆固溶体的储氧性能，提高其热稳定性可以再入y或la的金属氧化物等。
2.3.2 助剂的负载
以浸渍法或浆涂法将助剂或其前驱体涂覆到蜂窝陶瓷载体涂层上的过程称之为助剂的负载。浸渍法的负载过程，首先是制备助剂溶液或浆液，然后采用浸渍法或等量浸渍的方法将助剂前驱体浸渍到氧化铝涂层上，再经陈化、烘干、焙烧等工艺将助剂氧化物负载到涂层上。或者先以浸渍法将助剂负载在g-al2o3微粒上，再制备成g-al2o3蜂窝陶瓷涂层。在制备助剂溶液时一般采用可溶性的金属盐（如金属硝酸盐等），在某些特殊场合也可采用有机溶剂制备助剂浸渍液。为简化制备过程，在大多数情况下是将多种助剂的可溶性盐按比例溶于水中制备成浸渍液。图24为氧化锆的负载过程示意图。浸渍法负载助剂的过程实际上浸渍液在氧化铝孔道内吸附──溶解平衡的过程，这种平衡过程与孔道的特性、溶液的浸润能力及溶液质量等因素有关。图25为浸渍吸附──溶解进程的示意图；
浸渍过程是溶质在吸附界面上发生的“吸附－－溶解”动态过程。在图25 a中，浸渍刚开始时，浸渍液进入孔道并不断向孔内部深入，同时溶质离子（如zr4+）向孔道壁面迁移发生吸附，吸附过程由孔口向孔内部不断进行。在吸附平衡之前，溶质离子吸附速度大于溶解速度。在孔道刚被浸渍液充满时，孔口处溶质离子的吸附量要高于孔内部。在浸渍液到达孔道最深处时，溶质离子有可能被耗尽。如在此时即将载体与浸渍液分离，并快速烘干（除去孔道内的残液），则将导致溶质离子的吸附量由孔口至孔底逐渐减少，呈递度分布。图25 b显示，如果将载体与浸渍液分离后静置足够长的时间，使吸附――溶解平衡后再烘干，则溶质离子可在孔道内实现均匀分布。但很显然，溶质离子在孔道表面的吸附并未达到饱和。在图25 c中，载体在过量浸渍液中浸渍足够长的时间，溶质离子在整个孔道表面达到均匀、饱和吸附，吸附量最大，这代表大部分的催化剂浸渍过程。图25 d所示为溶质离子在孔道表面吸附平衡系数（饱和吸附量）较大且溶质离子浓度较低的情况。进入孔道内浸渍液中的溶质离子全部被靠近孔口的孔道表面所吸咐，当浸渍液到达孔底时残液中已无溶质离子。由于存在浓度梯度，孔外浸渍中的溶质离子会向孔内迁移。而进入孔内的溶质离子最先被吸附在孔口处，并最终将浸渍液中所有溶质离子耗尽，达不到吸附平衡。图25中a、b、c、d所示的吸附过程导致溶质离子（催化剂组分）在孔道内不同的分布特性。由此可根据需要，对浸渍吸附过程进行控制以制备具有不同特性的催化剂；
由图25可以看出，浸渍液中助剂离子在涂层微孔内的吸附──溶解平衡主要与浸渍液的用量、时间及助剂离子在微孔内迁移速度等因素有关。而助剂离子在涂层及其微孔内的迁移速度又受温度影响较大。浸渍法负载助剂的过程，是借助加热过程将助剂金属盐（如硝酸盐）分散成目标金属氧化物的。金属盐分散的程度、金属氧化物的晶型和晶粒等理化特性受焙烧过程的加热步骤、恒温温度及恒温时间等影响较大。所以浸渍法负载助剂的过程更要求严格控制烘干及焙烧过程的加热制度；
浆涂法负载助剂时，直接采用相应的金属氧化物粉末作为原料（如铈、锆氧化物固溶体颗粒）。采用研磨或超能球磨的方法，对助剂和氧化铝粉末的混合浆料进行充分研磨混合，制浆后再涂覆到蜂窝陶瓷载体上。浆涂法负载过程需要控制的关键因素是助剂氧化物在涂层中的分散、混合均匀程度，分散越好、混合越均匀助剂负载质量越好，因此研磨或球磨过程是浆涂法的关键步骤；
浸渍法可使助剂很均匀地分散在涂层中。同时，通过控制加热分解过程的加热速率和恒温温度与时间，可控制助剂金属氧化物颗粒的粒径在纳米级别。但浸渍法负载工艺相对复杂，不易控制。浆涂法的最大优点是负载过程工艺简洁，更适合于工业化生产，在实际生产中应用较多。但浆涂法制备过程需要球磨混料，助剂氧化物在涂层中的分散度和均匀性不如浸渍法，且能耗较大
第一篇
汽油车用催化剂--三效催化剂氧化铝涂层
2.2 三效催化剂氧化铝涂层
氧化铝涂层是三效催化剂的主要组成，对三效催化剂的活性、稳定性和使用寿命等影响很大。陶瓷蜂窝载体的比表面积不到1m2/g，无法满足三效催化过程所需的有效气——固界面，需要在陶瓷载体上涂覆一层大比表面积多孔材料作为第二载体，以增加反应气体与催化剂的接触面积、提高三效催化反应的效率。活性氧化铝g-al2o3是工业催化领域最常用、也是最主要的一种催化剂载体，具有吸附性好、比表面积大、热稳定性高等优点。车用催化剂最初就是以催化剂g-al2o3球作为载体，目前车用催化剂绝大部分以g-al2o3涂层作为第二载体。g-al2o3涂层一般占载体重量的5—15％，涂覆氧化铝涂层可使载体比表面积增大到50-150m2/g以上，从而提供催化剂足够大的表面积，确保催化反应高效进行；
2.2.1 活性氧化铝的理化特性
氧化铝总共有8种晶型，分别为r-、c-、h-、g-、k-、d-、q-和a-al2o3，其中a-al2o3是高温稳定的终态晶型。其它7种晶型的氧化铝均属于过渡相，这类过渡相的氧化铝在足够高的温度下（1000℃以上）焙烧足够长的时间，最终都将发生相变反应转变成a-相的氧化铝。表3对不同晶型的氧化铝进行了分类，图10列出了8种晶型的x-射线衍射图谱，表4给出了几种常见的氧化铝x-射线衍射特征参数。不同晶型氧化铝的热定性和晶型转变温度与氧化铝涂层的制备工艺和所采用的原料有关。a-al2o3热稳定性最好，晶格完美，比表面小，活性较低；过度相的氧化铝处于亚稳定状态，活性较大但热稳定性较差。g-al2o3在所有过渡晶相中，结构相对稳定、制备工艺比较容易控制、原料易得，又具吸附性能好、比表面大等优点，是目前应用最为广泛的一类催化剂载体材料
g-al2o3为缺陷尖晶石结构，属立方晶系。尖晶石型化合物的典型化学式为ab2o4。其中，a为二价金属离子；b为三价金属离子。o2离子按面心立方紧密堆积，a、b金属阳离子分别填充于o2离子堆积构成的4面体和8面体空隙中。每个晶胞内包含32个o2，构成64个4面体空隙和32个8面体空隙。其中1/8的4面体空隙被a占据；1/2的8面体空隙，被b占据。每个晶胞中a、b和o2的离子个数正好为1:2:4
具有缺陷尖晶石结构的g-al2o3的化学式可写成[al
3＋
＋
－
－－
－
3＋
8/9□1/9][al8/9□1/9]2o4。其中“□”表示阳离子空位。对应
＋
－
a、b的位置中平均只有8/9个被al3占据。这样每个晶胞中al3、o2离子个数比正好为2:3。尖晶石型化合物中金属与氧的总离子数之比是3:4，但在al2o3中这一比例仅为2:3。由此可见，具有缺陷尖晶石结构的g-al2o3晶体内存在着许多空隙和缺陷，处于亚稳定状态。这是g-al2o3易发生相变和烧结的根本的化学热力学原因；同时也是g-al2o3具有较高活性的原因所在。表4.9 给出了g-al2o3部分的理化特性参数
2.2.2 氧化铝涂层的性能
氧化铝涂层在载体上的负载量、涂层与载体的结合强度、涂层的比表面积及涂层的微观特征等对三效催化剂活性组分和助剂的负载过程、负载质量、分散状态等都会产生很大的影响，从而最终影响三效催化剂的活性和使用寿命等。另外，若氧化铝涂层表面呈酸性，吸水率适度，也有利于催化剂活性组分的负载及催化反应的发生(1)负载量和质量
氧化铝涂层的负载量是指涂覆在蜂窝陶瓷上氧化铝的总质量，一般以百分比来表示，即蜂窝陶瓷载体在涂覆氧化铝涂层前后载体增重的百分比来表示；也有以净增重质量表示的。氧化铝涂层的负载量约为5─15%，不同的三效催化剂对涂层的负载量有严格的要求。对于负载量较大的涂层，在制备时需重复涂覆才能达到相应的要求。氧化铝涂层技术是三效催化剂的核心技术之一，涂层的负载量对催化剂的性能影响很大，是催化剂抗中毒能力、抗高温老化和烧结能力及使用寿命等性能的主要影响因素
涂层的质量主要指涂层均匀性及涂层与载体的结合强度等。负载量较小的涂层，一般无需经多次涂覆，比较薄，也比较均匀，涂覆质量较好，抗热冲击能力较强，不易从载体上脱落下来。但抗中毒和抗烧结能力相对较差，使用寿命较短。负载量较大的涂层，一般要经多次涂覆，比较厚，而且容易出现厚薄不均。这样的涂层在使用过程中易出现因受热不均或膨胀不均而导致涂层断裂或从载体上脱落。所以对经多次涂覆、负载量较大的涂层，在制备过程中更要加强对涂覆过程控制，尤其是加强对残液清除、烘干和焙烧过程的控制。残液过多，很容易导致涂层不均、涂层质量下降。在烘干和焙烧阶段的加热初期，若升温速度过快，在载体的中心部位和边缘部分会产生较大的温度梯度，导致大量的物质迁移，引起厚度不均；或因受热不均而导致较厚涂层的断裂和脱落
氧化铝涂层的热膨胀系数与蜂窝陶瓷载体相近，与金属载体相差较大，所以氧化铝更适宜负载在蜂窝陶瓷上作为催化剂涂层。但氧化铝与堇青石的热膨胀系数仍然有所差别，所以较厚的且涂覆不均的涂层在受到强烈的热冲击时比较容易从载体上脱落。因此在不影响催化剂性能的前提条件下，应尽量采用薄的氧化铝涂层。但因氧化铝涂层是三效催化剂比表面积的主要贡献者，必须保证涂层具有一定的负载量。可以对氧化铝涂层及陶瓷载体表面进行改性处理，以提高两者界面间的结合强度，确保涂层的稳定性。比如，可以预先对蜂窝陶瓷载体进行酸碱腐蚀处理，增加载体的新鲜表面及粗糙度，从而提高涂层与载体的结合强度
(2)比表面积
在三效催化剂上发生的催化反应是气─固界面反应，属多相催化反应，其反应速率u与比表面积的关系可表示为：u = ussgf。式中us为催化剂单位表面上的反应速率，sg为催化剂的比表面积；f为内表面利用率。催化剂比表面积越大，反应物与催化剂活性位接触的机会就越多，催化反应的效率越高。而三效催化剂的比表面积主要由活性氧化铝涂层贡献的，因此氧化铝涂层比表面积的大小直接影响催化剂的转化效率。氧化铝涂层制备过程中的原料及浆液的质量、添加剂、涂覆方式及制备工艺条件等都会对氧化铝涂层结晶状态等产生影响，进而影响涂层的比表面积。如何控制好这些影响因素以制备高比表面积、高质量的氧化铝涂层是三效催化剂的技术关键所在。氧化铝涂层比表面积的大小主要受氧化铝的晶型、颗粒和孔隙特征等因素的影响。晶体完美、颗粒平均粒径较粗、大孔较多的涂层比表面积相对较小、活性较低。而晶体缺陷较多、颗粒较小、微孔较多的涂层比表面积相对较大。其中毛细微孔对涂层的比表面积贡献最为明显。在制备氧化铝原料或氧化铝涂层时，可以通过控制结晶速度或添加表面活性和造孔剂等来提高氧化铝颗粒或涂层中毛细孔的比例，以制得高比表面积的氧化铝涂层。另外，由于颗粒越小比表面积越大，因此在制备氧化铝原料或氧化铝涂层时也可以通过控制氧化铝微粒的大小来增加涂层的比表面积
氧化铝涂层可以从多种原料制备而得，制备方法也多种多样，总体上可以分为两大类。一类是浆涂法，即先制备活性氧化铝g-al2o3粉体(或直接购买商品氧化铝粉末)，再将其制成浆料涂覆于载体上制备成氧化铝涂层。另一类是先制备铝溶胶或凝聚体，再将溶胶或凝聚体负载在载体上，通过溶胶─凝胶反应或聚沉反应等在载体表面生成氧化铝涂层，这一类制备方法中又以溶胶─凝胶法较为常见。对于浆涂法，主要是在选用或制备g-al2o3粉体时通过控制粉体的粒度分布和孔隙率来提高涂层的比表面积。以溶胶─凝胶法制备氧化铝涂层时，g-al2o3是在焙烧阶段形成的，可通过控制溶胶的质量及焙烧升温程度来提高涂层的比表面积。比如可以向溶胶中加入造孔剂来改善涂层的孔的特征和孔分布；或通过精确的溶胶烘干和焙烧过程的升温速率和恒温时间，达到改善涂层质量提高涂层比表面积的目的
采用大比表面的氧化铝涂层，对提高三效催化剂的活性非常有利。但比表面积较大的涂层毛细微孔和微粒的所占的比重较大。这类微孔或微粒活性高、比表面能大，很容易烧结或重结晶，从而导致负载在其上的催化剂活性组分被包埋，催化转化效率下降。因此不能一味追求高比表面积的氧化铝涂层，而是应选择比表面积适度、孔分布合理的涂层，以同时满足催化剂对催化剂活性和耐久性的要求
涂层比表面的测定方法有bet氮吸附容量法、流动色谱法和液固吸附法等。常用的方法是bet氮吸附容量法(3)晶型和晶粒尺寸
三效催化剂用活性氧化铝的g-al2o3涂层中氧化铝的晶型和晶粒大小与涂层制备工艺密切相关，尤其受加热升温速率和恒温时间影响较大。升温速率越慢、恒温时间越长，结晶过程越好，晶型越完美。而在结晶温度范围内恒温时间越长，晶粒就生长得越大。涂层中g-al2o3晶型稳定存在的温度范围主要取决制备涂层的铝源(见图12)。晶型越完美，晶体的缺陷越少，活性相对也较低。所以在制备三效催化剂时不必制备晶型非常完美的g-al2o3涂层，掺杂其他晶型或不定型氧化铝的涂层活性可能更好、热稳定性更高。在催化剂实际使用过程中，催化剂表面的温度在室温至近千度之间反复变化，涂层中氧化铝晶型不可能总保持完美，总会有新的晶型和无定型的氧化铝产生，并最终转化成稳定的a-al2o3 晶粒的大小会对涂层的比表面积和热稳定性等影响。晶粒越小，微小g-al2o3颗粒在涂层中所占的比例越大，颗粒内部细孔的数量也就越多，宏观表现为涂层的比表面积越大。另一方面晶粒越小，晶界越多，g-al2o3高温重结晶过程所需要的能量也就越大，涂层耐高温性能越好。
氧化铝的晶型大小可采用x-射线衍射方法xrd进行测试与表征，晶粒的尺寸可根据scherrer公式计算 式中，dhkl为微晶反射面(hkl)垂直方向上的尺寸；l为xrd铜靶波长1.54 å；bhkl 为半高峰宽(fwhm 图13和图14是以硝酸铝为原料采用溶胶─凝胶法制备的氧化铝涂层老化前后的xrd对比。图14表明，老化后涂层氧化铝大部分已转化为a型，且衍射峰宽显著变窄，表明晶粒已过分长大，涂层比表面积损失较大。测试结果表明老化后涂层的比表面积约减少了80%
(3)孔结构
孔结构是氧化铝涂层主要的物理性能特征，孔结构主要是指孔类型、孔形状、孔容、孔径、孔分布等，涂层的孔结构决定着催化剂活性组分的浸渍─负载行为、催化反应动力学行为和催化剂的老化行为等
按孔隙在涂层分布的位置可分为外孔、内孔和直通孔，如图15所示。从图中可以看出，内孔对涂层的比表面积没有贡献，活性成分也不可能涂覆到内孔中。但和其他的孔隙一样，内孔的比表面能较大，在涂层受热时比较容易发生重结晶或结构重排。可见内孔主要对涂层和三效催化剂的热稳定性产生影响，而对催化剂的活性没有贡献。所以在制备涂层应尽量减少这部分孔隙的存在，例如可以采用负压涂覆的方式消除这部分孔隙。开口向外的孔道(包括外孔和直通孔)是涂层比表面积的主要贡献者，也是催化剂活性组分的主要载体，催化反应也主要在这类孔道内进行
孔的形状对催化反应过程存在一定的影响。因为扩散过程是催化反应一个重要步骤，有时甚至是决速步骤，而孔的形状对扩散过程影响较大。开口大的孔道有利于扩散过程的进行，开口小于的不利于扩散。但从另一角度来看，涂覆在小开口孔道(开口直径小于孔道主体直径)内的催化剂活性组分，接触大分子致中毒物质的机会较少，从而有利于提高催化剂的抗中毒能力。从化学热力学角度来说，带有尖角和毛刺的孔道更不稳定，受热时易发生重结晶和晶格重排而将涂覆在其上的活性组分包埋。因此在制备氧化铝涂层时应尽可能减少这部分孔道的形成：在涂层制备时烘干过程升温速率不应过大，而在焙烧时应恒温足够长的时间，以减少应力较集中部位的形成，或提供足够的能量和时间消除已产生的应力。可以采用扫描电镜(sem)或透射电镜等测试技术直观地对孔的形状进行观察。
氧化铝涂层孔的总体积占涂层体积的分数叫做孔隙率，此处孔的总体积既包括氧化铝颗粒内的孔隙的体积，也包括氧化铝颗粒间的孔隙，但并不包括内孔。孔隙率反映涂层的吸水率，孔隙率越大水吸率越高。与孔隙相对应的另一个概念是比孔容：1g氧化铝涂层中所有孔的体积的总和叫做比孔容积，简称比孔容或孔容。对于以溶胶─凝胶法制备过程，可以通过控制制备工艺条件(如造孔剂、加热过程等)来控制涂层的比孔容；而对于浆涂法的制备过程中则主要通过控制氧化铝粉本身的孔容来控制涂层的孔容
氧化铝的平均孔径可以近似计算出来：假定催化剂中的孔均为圆柱形的孔，其平均长度为l，平均半径为r。若每克样品有n个孔，则每克催化剂的表面积，即比表面积sg=2nprl 而每克催化剂的总孔容积，即比孔容vg=2npr2l。两式相除得r=2vg/sg。即可根据测得的比孔容vg和比表面sg近似计算出涂层的平均孔半径。
要知道氧化铝涂层的孔对催化剂活性的影响，除了需要比孔容及平均孔径的数据以外，还应知道涂层的孔体积分布，或称孔分布。通常将孔半径r>200nm的孔称为大孔，r<10nm的孔称为细孔，r为10~200nm的孔为过渡孔或中孔。孔分布就是指孔体积按孔径大小变化而变化的情况，由此来决定涂层中所包含的大孔、过渡孔和细孔的数量。
测量比孔容的方法主要有bet氮吸附容量法、四氯化碳法和水滴法等。水滴定法简单、快速，但经验性较强；bet氮或氦吸附法比较常用，测量结果比较准确。测定孔分布目前较常用的方法有毛细凝聚法和压汞法。毛细凝聚法一般用于测定20nm以下微孔的孔分布，而压汞法主要用于测定20nm以上的过渡孔和大孔的孔分布。
2.2.3 氧化铝涂层的热稳定性(1)g-al2o3涂层的烧结与相变
车用三效催化剂的工作温度可达到1000℃以上，且存在反复的加热升温和降温过程，这就要求氧化铝涂层具有很好的热稳定性。在高温和反复加热条件下氧化铝涂层会发生烧结或相变而失去热稳定性，从而导致涂层比表面积减小，催化剂活性降低
g-al2o3涂层的烧结是指在高温下，g-al2o3涂层中微粒不断长大、微孔不断闭合，不断失去其比表面积的过程。烧结的驱动力来自于g-al2o3涂层较高的比表面能和晶格缺陷。g-al2o3涂层比表面积减小的过程，是体系总能量的不断减小过程。根据化学热力学的能量最低原理，只要条件允许（如高温）烧结过程是不可避免的
g-al2o3涂层之所以具有较大比表面，就是因为其晶粒较小、含有大量的微孔、且具有一定数量的晶格缺陷等。而烧结正是先从这些能量较高的部位发生。根据kelvin公式式中，r为理想气体常数；t开氏温标；p为颗粒或微孔表面的蒸气压；p0为平面上的蒸气压；s 为表面自由能；vm为物质的量体积；m为物质的量质量；r为密度；r为颗粒（凸面r>0）或微孔（凹面r<0）的曲率半径。颗粒越小，r的值越小，其表面的蒸气压越大，越易挥发；微孔越细，r的值也越小，其表面的蒸气压就越低，越易形成凝聚相。在烧结初期（温度不很高），体扩散和表面扩散还很不明显。挥发－凝聚是传质的主要途径；是导致颗粒长大、微孔闭合或熔合的主要原因。烧结初期，大小颗粒及微孔间的挥发－凝聚传质过程如图16所示，图中箭头表示挥发－凝聚的方向。
g-al2o3涂层在中低温下（500~700℃）焙烧时，不会发生相变，表面扩散和体扩散也很微弱，而负载在蜂窝陶瓷上的g-al2o3涂层基本上处于封闭状态，有利于挥发－凝聚传质过程的进行。所以在中低温时，挥发－凝聚过程是导致g-al2o3涂层比表面积下降的主要原因。在中低温下焙烧时，添加的热稳定助剂很难与g-al2o3形成固溶体，更不可能形成新的物相，所以在这一阶段，热稳定助剂基本起不到抑制g-al2o3重结晶、长大进程。随焙烧温度的升高，体扩散和表面扩散不断增加，成为烧结传质过程的主要途径。当焙烧温度超过900℃时g-al2o3开始明显相变。(2)相变
相变也是导致氧化铝涂层比表面积下降的主要原因。由不同原料制备的g-al2o3涂层发生相变的温度如图10 所示，随相变过程的进行氧化铝涂层的比表面积逐渐减少。当涂层的温度接近g-al2o3相变温度时，涂层表面扩散和体扩散加剧，导致氧化晶格结构不断重排，并最终转化成稳定型的a-al2o3，活性急骤下降
如前所述，从化学热力学角度来讲，只要有足够高的能量（高温）烧结和相变过程是不可避免的。但从动力学角度来看，烧结和相变过程是大量粒子表面扩散、体扩散或挥发－凝聚的结果。由此可见只要能有效抑制涂层中粒子的迁移行为，就能对表面扩散等过程进行阻滞，延长相变或烧结的进程，从而达到增强涂层热稳定性的作用。
(2)氧化铝涂层的热稳定机理
氧化铝涂层烧结和相变过程，一需要足够高的能量（高温），以克服重排过程的能垒；二需要足够长的时间，以保证al3+及o2最终迁移至目标位置。由此可见，g-al2o3在高温下的烧结与相变，主要受两种因素控制，①晶格中的能垒，②al3+及o2的扩散、迁移速率。向涂层加入热稳定助剂，提高粒子迁移的能垒，抑制粒子扩散、迁移的速率即可达到稳定涂层目的。不同助剂对涂层的稳定作用如图17所示。
由图17 可以看出，向涂层中加入高熔点的氧化物或高价态离子和大离子物质可起到稳定涂层的作用；若加入的助剂能与氧化铝反应，在涂层表面或体积相生成高熔点的新物相也可对涂层起到很好的热稳定作用。(3)氧化铝涂层热稳定助剂
按图17所示的热稳定机理可知，氧化铝涂层热稳定助剂总体上可分为三大类：①高熔点型的氧化物，主要起“骨架”和“能垒”作用；②大离子或高价态离子，主要起束缚迁移离子和“能垒”的作用；③与氧化铝形成新的物相，新物相是稳定的，从而起到有效的热稳定作用。从热力角度来讲，只有形成高熔点的、热稳定性能更好的新的物相真正阻止涂层的烧结和相变，而其他的热稳定形式只能起到抑制涂层烧结和相变的作用。大部分的热稳定助剂都不会只表现出一种稳定机制。
用于氧化铝涂层的热稳定助剂主要有稀土、碱土金属氧化物和二氧化硅等。稀土金属、尤其是轻稀土金属氧化物是车用催化剂最常用、也是最重要的助剂。稀土金属氧化物具较高的溶点、可与氧化铝涂层形成更高熔点的新物相、金属离子价态较高且可变，是氧化铝涂层的常用的热稳定助剂。碱土金属也具有氧化物熔点较高且可与氧化铝形成高熔点的氧化物及离子半径较大等特点，也是氧化铝涂层较常用的热稳定助剂。还有一类氧化物可对氧化铝涂层起独特的热稳定作用，也常被用作氧化铝涂层的热稳定助剂，如二氧化硅等。高温下二氧化硅sio2中的si-o键取代g-al2o3的al-o键，形成si-o-si或si-o-al桥键，可消除g-al2o3涂层的氧离子空穴，并可在涂层表面形成一层稳定的玻璃层从而起到很好地热稳定作用。
从图18可以看出，大多数情况下助剂的熔点越高、离子半径越大、价态越高对氧化铝涂层的热稳定性越好。表6和表7分别列出了几种常助剂的熔点和金属离子的半径。稀土元素la、ce、pr、yb、sm的金属氧化物都是氧化铝涂层较好的热稳定助剂。从图18可以看出la和pr的金属氧化物对氧化铝涂层的热稳定性最好，ce、yb、sm的较差。这一顺序正好与其离子半径的顺序相符：la3+ >pr3+>yb3+ >sm3+> ce4+。在中低温条件下焙烧时，ce4+对涂层的热稳定作用与la3+相当，因为ce4+价态较高。而在1200℃的高温条件下，ceo2本身的热稳定性已下降很多，加之迁移粒子的能量已足够大，高价态热稳定助剂离子的“束缚”效应明显减弱，对涂层的热稳定作用下降。碱土金属中氧化钡是一种常用的氧化铝涂层热稳定助剂。研究表明，氧化钡热稳定作用主要在于：高温下氧化钡可与氧化铝生成铝酸钡(baal2o4或baal12o19)等高温稳定的新物相，从而有效抑制了体扩散过程。另一个主要原因是氧化钡熔点较高、ba2+相对较大，对涂层烧结和g-al2o3晶体结构重排过程的迁移现象具有很好的阻滞作用。稀土金属镧la是氧化铝涂层最常用的一种热稳定助剂。由于la3+和al3+价态相同，所以la3+更易取代al3+而插入到g-al2o3晶格中，起到很好的热稳定作用。la2o3对al2o3的稳定机理与la2o3的添加量和焙烧温度有关：若la/al较低(<0.02)，且焙烧温度低于600℃时，la2o3主要起“骨架”作用，以高分散态的形式存在于涂层中，通过抑制g-al2o3重结晶和相变达到稳定涂层的作用。若la/al较高(>0.1)，高温下la2o3将和al2o3反应生成laalo3。后者锚定在g-al2o3晶体的边角处，阻止相变过程，可起到很好的热稳定作用。
助剂对氧化铝涂层热稳定过程比较复杂，涂层的制备过程和制备原料、助剂的原料及添加方式和添加量等都会对涂层的热稳定性产生一定的影响。如何控制这类影响因素是氧化铝涂层热稳定性研究主要内容之一。对氧化铝涂层的热稳定机理研究是目前这一领域研究的热点和难点所在。
2.2.4氧化铝涂层的制备
可以从不同的原料、按不同的制备工艺制备氧化铝涂层，常见的制备工艺可分为浆涂法和胶涂法两大类。两类方法的主要区别在于：浆涂法直接采用g-al2o3粉为原料；胶涂法采用一定形式的氧化铝前驱体为原料，g-al2o3是－－在制备过程中形成的。
常见的浆涂法制备g-al2o3涂层的工艺过程如图19所示。制浆过程一般在球磨机内进行。通过球磨可使物料混合均匀，使氧化铝颗粒分散更均匀、粒度更细。球磨过程是浆涂法的关键步骤，对浆体的稳定性、流动特性及粘度等影响很大，从而直接影响涂层的涂覆质量。可以通过调节浆体的固含量来控制一次涂覆过程的负载量。在不影响涂层的涂覆质量的前提下，应尽量增加涂层一次涂覆过程的增量。浆涂法制备过程中为增加涂层与蜂窝陶瓷载体的结合强度，有时需要向浆料在加入硝酸铝、铝溶胶或拟薄水铝石等作为粘接剂。烘干和焙烧过程的升温速率及恒温温度和时间控制是浆涂法制备g-al2o3涂层的主要控制参数。浆涂法烘干和焙烧过程的主要目的在于脱除涂层中的游离水和结晶水。还有就是通过加热分解过程，除去制浆过程中加入的各种表面活性剂。从生产的角度来说，希望升温速率越快越发、恒温时间越短越好。但升温速率越快涂层内部的温度梯度越大，对于烘干过程会引起可移动粒子过分迁移或直接导致涂层厚度不均；对于焙过程有可能引起涂层因受热不均而断裂或从陶瓷载体上脱落。烘干过程温度不应过高，最好分段烘干：先在低温下（如60℃）烘干一段时间，再进行高温（>100℃）烘干。焙烧过程也应分段进行，最高恒温温度可控制在550－650℃之间。
胶涂法制备g-al2o3涂层的流程如图20所示，由图可见涂覆在陶瓷载体上的是铝溶胶（g-al2o3的前驱体）而不是g-al2o3，g-al2o3是在焙烧过程中形成的。铝溶胶成胶过程及涂层焙烧过程是胶涂法制备g-al2o3涂层的关键步骤。铝溶胶成胶质量的好坏对涂层的性能影响较大。例如，溶胶中的杂质离子不仅会对g-al2o3结晶过程产生不利影响，而且还会对催化剂的活性组分产生毒害作用，影响催化剂的活性。焙烧温度及恒温时间对g-al2o3涂层的结晶过程至关重要。以上述胶涂法制备g-al2o3晶型稳定存在的温度范围约在450－750℃之间，所以焙烧温度可选择在550℃左右。焙烧加热时间应足够长，以确保结晶完全。另外，加热升温速率也会对胶涂法制备的g-al2o3涂层的质量产生影响，也焙烧过程控制的主要参数之一
刀具涂层颜色篇二
2013年涂层分厂 年终安环总结
2013年3月涂层分厂开始调试生产，在公司领导的支持和各部门的配合下在4月正式投产。随之实行区域安全管理责任制，坚持“安全生产，人人有责，预防为主，综合治理”的方针，加大对现场的监督管理，和对环境管理体系、职业健康安全管理体系的不断完善，逐步推进安全管理工作稳步向前。
一、一年工作回顾
1、成立安全生产领导小组；组长负责涂层分厂整体安全工作，副组长协调组织、落实安全检查、监督各项安全教育活动；各主管负责具体安全工作的落实，负责对员工进行安全教育，对各项设施设备进行安全检查，及时发现、排除安全隐患。
2、制定涂层分厂安全环保管理网图络和分厂义务消防管理网络图，明确涂机、分切、维修各级管理人员的责任。
3、分厂制定五一、十一、元旦、春节，节前安全大检查方案和每周内部大检查，针对重要危险源、机器设备、危化物品等进行逐一排查，并对安全隐患进行分析制定相应的防护措施。
4、制定不安全事故应急预案、消防事故应急预案、特种作业事故应急预案，针对预案内容制定演习方案上报安环部并按计划组织预案演习，检验预案可行性。
5、实行责任区域安全生产制，落实责任分区管理。
6、完善环境管理体系和职业健康安全管理体系的不足之处，重新对危险源和环境危害因素进行辨识修改，危险源增加55项、重要环境
因素增加11项。
7、规划现场物品定置，做到定责、定人、定点的3定原则。
8、建立劳保发放台账、消防器材台账、特种设备台账。
9、完成新员工三级安全教育培训34人次，保证了分厂安全生产的平稳运行。
10、本共发生不安全事件4起，工伤费用14800元比较2012年安全形势严峻。对不安全事件的处理坚持按照四不放过调查制度进行处理，对责任人严肃处理、重新制定防范措施组织员工认真学习。
二、不足之处
1、员工安全意识淡薄，班长安全管理不到位，安全员监督检查不到位。
2、现场管理不精细，现场5s时好时坏、重复发生的现象时有发生。
3、安全培训质量不高，不了解员工的安全培训需求。
4、现场安全方面，由于年轻的新员工较多，整体工作有干劲、有激情、有活力、表现欲望强烈，但是由于年轻员工安全工作经验不足，对安全隐患没有正确的认识。
三、工作改进方向
1、班组建设要坚持以人为本，以树立班组团队为核心，以强化班组管理为重点，以打造安全生产为主线，以实现创建优胜班组为目标。
2、培训员工树立安全生产责任意识实行区域责任制，要求员工把安全工作放在首位。实行安全管理三步走计划
（一）要我按全
（二）我要安全
（三）我会安全，形成安全工作天天讲、安全工作人人抓的良
好局面。
3、加强日常巡检的监督检查工作，对分厂的人员、设备、设施做到心中有数、及时消除隐患排除故障放置事故的发生。
4、严格要求班组交接班制度，奖罚分明，引导员工人人参与分厂的安全管理工作。
5、安全生产工作要以积极的心态，百分的努力，齐抓共管人人参与，共同把分厂的安全工作做到更好。
四、2014年安全目标计划
1、严格执行公司各项安全管理规定；
2、责任区域内安全生产事故为、火灾、爆炸事故、中毒以及职业病事故为0；
3、员工千人负伤率为0；
4、安全隐患整改率100%；
5、特种作业工种有效持证上岗率100%；
6、安全、消防设施完好率100%环保设施完好率100%；
五、2014年涂层分厂安全环保工作的主要措施：分厂以安环网络管理为基础，明确、落实、细化责任；以检查、考核、教育、整改、制定措施来推动日常安环工作的顺利进行；进一步完善环境管理体系和职业健康安全管理体系。最终实现涂层分厂安全环保工作的长效管理机制。涂层分厂2014年元月8日报告人：
刀具涂层颜色篇三
1.真空涂层技术的发展
真空涂层技术起步时间不长，国际上在上世纪六十年代才出现将cvd(化学气相沉积)技术应用于硬质合金刀具上。由于该技术需在高温下进行(工艺温度高于1000℃)，涂层种类单一，局限性很大，因此，其发展初期未免差强人意。
到了上世纪七十年代末，开始出现pvd(物理气相沉积)技术，为真空涂层开创了一个充满灿烂前景的新天地，之后在短短的二、三十年间pvd涂层技术得到 迅猛发展，究其原因，是因为其在真空密封的腔体内成膜，几乎无任何环境污染问题，有利于环保；因为其能得到光亮、华贵的表面，在颜色上，成熟的有七彩色、银色、透明色、金黄色、黑色、以及由金黄色到黑色之间的任何一种颜色，可谓五彩缤纷，能够满足装饰性的各种需要；又由于pvd技术，可以轻松得到其他方法 难以获得的高硬度、高耐磨性的陶瓷涂层、复合涂层，应用在工装、模具上面，可以使寿命成倍提高，较好地实现了低成本、高收益的效果；此外，pvd涂层技术 具有低温、高能两个特点，几乎可以在任何基材上成膜，因此，应用范围十分广阔，其发展神速也就不足为奇。真空涂层技术发展到了今天还出现了pcvd(物理 化学气相沉积)、mt-cvd(中温化学气相沉积)等新技术，各种涂层设备、各种涂层工艺层出不穷，如今在这一领域中，已呈现出百花齐放，百家争鸣的喜人 景象。
与此同时，我们还应该清醒地看到，真空涂层技术的发展又是严重不平衡的。由于刀具、模具的工作环境极其恶劣，对薄膜附着力 的要求，远高于装饰涂层。因而，尽管装饰涂层的厂家已遍布各地，但能够生产工模涂层的厂家并不多。再加上刀具、模具涂层售后服务的欠缺，到目前为止，国内 大多数涂层设备厂家都不能提供完整的刀具涂层工艺技术(包括前处理工艺、涂层工艺、涂后处理工艺、检测技术、涂层刀具和模具的应用技术等)，而且，它还要 求工艺技术人员，除了精通涂层的专业知识以外，还应具有扎实的金属材料与热处理知识、工模涂层前表面预处理知识、刀具、模具涂层的合理选择以及上机使用的 技术要求等，如果任一环节出现问题，都会给使用者产生使用效果不理想这样的结论。所有这些，都严重制约了该技术在刀具、模具上的应用。
另一方面，由于该技术是一门介乎材料学、物理学、电子、化学等学科的新兴边缘学科，而国内将其应用于刀具、模具生产领域内的为数不多的几个骨干厂家，大 多走的也是一条从国外引进先进设备和工艺技术的路子，尚需一个消化、吸收的过程，因此，国内目前在该领域内的技术力量与其发展很不相称，急需奋起直追。
涂层的基本概念及其特点
pvd是英文“physical vapor deposition”的缩写形式，意思 是物理气相沉积。我们现在一般地把真空蒸镀、溅射镀膜、离子镀等都称为物理气相沉积。
较为成熟的pvd方法主要有多弧镀与磁控溅射镀两种方式。多弧镀设备结构简单，容易操作。它的离子蒸发源靠电焊机电源供电即可工作，其引弧的过程也与电 焊类似，具体地说，在一定工艺气压下，引弧针与蒸发离子源短暂接触，断开，使气体放电。由于多弧镀的成因主要是借助于不断移动的弧斑，在蒸发源表面上连续 形成熔池，使金属蒸发后，沉积在基体上而得到薄膜层的，与磁控溅射相比，它不但有靶材利用率高，更具有金属离子离化率高，薄膜与基体之间结合力强的优点。此外，多弧镀涂层颜色较为稳定，尤其是在做tin涂层时，每一批次均容易得到相同稳定的金黄色，令磁控溅射法望尘莫及。多弧镀的不足之处是，在用传统的 dc电源做低温涂层条件下，当涂层厚度达到0.3μm时，沉积率与反射率接近，成膜变得非常困难。而且，薄膜表面开始变朦。多弧镀另一个不足之处是，由于 金属是熔后蒸发，因此沉积颗粒较大，致密度低，耐磨性比磁控溅射法成膜差。
可见，多弧镀膜与磁控溅射法镀膜各有优劣，为了尽可能 地发挥它们各自的优越性，实现互补，将多弧技术与磁控技术合而为一的涂层机应运而生。在工艺上出现了多弧镀打底，然后利用磁控溅射法增厚涂层，最后再利用多弧镀达到 最终稳定的表面涂层颜色的新方法。
大约在八十年代中后期，出现了热阴极电子枪蒸发离子镀、热阴极弧磁控等离子镀膜机，应用效果很好，使tin 涂层刀具很快得到普及性应用。其中热阴极电子枪蒸发离子镀，利用铜坩埚加热融化被镀金属材料，利用钽灯丝给工件加热、除气，利用电子枪增强离化率，不但可 以得到厚度3~5μm的tin 涂层，而且其结合力、耐磨性均有不俗表现，甚至用打磨的方法都难以除去。但是这些设备都只适合于tin涂层，或纯金属薄膜。对于多元涂层或复合涂层，则力 不从心，难以适应高硬度材料高速切 削以及模具应用多样性的要求。
目前，一些发达国家(如德国cemecon、英国art-teer、瑞士platit)在传统的磁控溅射原理基础上，用非平衡磁场代替原先的平衡磁场、50khz 的中频电源代替原来的直流电源、脉冲电源取代以往的直流偏压，采用辅助阳极技术等，使磁控溅射技术逐步成熟，已大批量应用在工模涂层上，现在已稳定生产的 涂层主要有 tialn、altin、tib2、dlc、crn，我国广东、江苏、贵州、株洲等地也已陆续引进此种设备，大有星火燎原之势。
3.现代涂层设备(均匀加热技术、温度测量技术、非平衡磁控溅 射技术、辅助阳极技术、中频电源、脉冲技术)现代涂层设备主要由真空室、真空获得部分、真空测量部分、电源供给部分、工艺气体输入系统、机械传动部分、加热及测温部件、离子蒸发或溅射源、水冷系统等 部分组成。
3.1 真空室
涂层设备主要有连续涂层生产线及单室涂层机两种形式，由于工模涂层对加热及机械传动部分有较高要求，而且工模形状、尺寸千差万别，连续涂层生产线通常难以满足要求，须采用 单室涂层机。
3.2 真空获得部分
在真空技术中，真空获得部分是重要组成部分。由于工模件涂层高附着力的要求，其涂层工艺开始前背景真空度最好高于6mpa，涂层工艺结束后真空度甚至可达0.06mpa以上，因此合 理选择真空获得设备，实现高真空度至关重要。
就目前来说，还没有一种泵能从大气压一直工作到接近超高真空。因此，真空的获得不是一种真空设备和方法所能达到的，必须将几种泵联合使用，如机械泵、分子泵系统等。
3.3 真空测量部分
真空系统的真空测量部分，就是要对真空室内的压强进行测量。像真空泵一样，没有一种真空计能测量整个真空范围，人们于是按不同的原理和要求制成了许多种类的真空计。#p#分页标题#e#
3.4 电源供给部分
靶电源主要有直流电源(如mdx)、中频电源(如美国ae公司生产的pe、peii、pinacal)；工件本身通常需加直流电源(如mdx)、脉冲电源(如美国ae公司生产的pinacal+)、或射频电源(rf)。
3.5 工艺气体输入系统
工艺气体，如氩气(ar)、氪气(kr)、氮气(n2)、乙炔(c2h2)、甲烷(ch4)、氢气(h2)、氧气(o2)等，一般均由气瓶供应，经气体 减压阀、气体截止阀、管路、气体流量计、电磁阀、压电阀，然后通入真空室。这种气体输入系统的优点是，管路简捷、明快，维修或更换气瓶容易。各涂层机之间 互不影响。也有多台涂层机共用一组气瓶的情况，这种情况在一些规模较大的涂层车间可能有机会看到。它的好处是，减少气瓶占用量，统一规划、统一布局。缺点 是，由于接头增多，使漏气机会增加。而且，各涂层机之间会互相干扰，一台涂层机的管路漏气，有可能会影响到其他涂层机的产品质量。此外，更换气瓶时，必须 保证所有主机都处于非用气状态。
3.6 机械传动部分 刀具涂层要求周边必须厚度均匀一致，因此，在涂层过程中须有三个转动量才能满足要求。即在要求大工件台转动(i)的同时，小的工件承载台也转动(ii),并且工件本身还能同时自转(iii)。
在机械设计上，一般是在大工件转盘底部中央为一大的主动齿轮，周围是一些小的星行轮与之啮合，再用拨叉拨动工件自转。当然，在做模具涂层时，一般有两个转动量就足够了，但是齿轮可承载量必须大大增强。
3.7 加热及测温部分
做工模涂层的时候，如何保证被镀工件均匀加热比装饰涂层加热要重要得多。工模涂层设备一般均有前后两个加热器，用热电偶测控温度。但是，由于热电偶装夹 的为置不同，因而，温度读数不可能是工件的真实温度。要想测得工件的真实温度，有很多方法，这里介绍一种简便易行的表面温度计法(surface thermomeer)。该温度计的工作原理是，当温度计受热，底部的弹簧将受热膨胀，使指针推动定位指针旋转，直到最高温度。降温的时候，弹簧收缩，指 针反向旋转，但定位指针维持在最高温度位置不动，开门后，读取定位指针指示的温度，即为真空室内加热时，表面温度计放置位置所曾达到的最高温度值。
3.8 离子蒸发及溅射源
多弧镀的蒸发源一般为圆饼形，俗称圆饼靶，近几年也出现了长方形的多弧靶，但未见有明显效果。圆饼靶装在铜靶座(阴极座)上面，两者为罗纹连接。靶座中 装有磁铁，通过前后移动磁铁，改变磁场强度，可调整弧斑移动速度及轨迹。为了降低靶及靶座的温度，要给靶座不断通入冷却水。为了保证靶与靶座之间的高导 电、导热性，还可以在靶与靶座之间加锡(sn)垫片。
3.9 水冷系统
因为工模涂层时，为了提高金属原子的离化率，各个阴极靶座都尽可能地采用大的功率输出，需要充分冷却；而且，工模涂层中的许多种涂层，加热温度为400~500℃，因此，对真空室壁、对各个密封面的冷却也很重要，所以冷却水最好采用18~20℃左右的冷水机供水。
为了防止开门后，低温的真空室壁、阴极靶与热的空气接触析出水珠，在开门前10分钟左右，水冷系统应有能力切换到供热水状态，热水温度约为40~45℃。
4.工模具pvd 的工作步骤
工模具 pvd 基本工艺流程可简述为：iqc→前处理→pvd→fqc，分别介绍如后。
4.1 iqc
iqc(in quality control)的主要工作除了常规的清点数量，检查图纸与实物是否相符外，还须仔细检查工件表面，特别是刃口部位有无裂纹等缺陷。有时对于一些刀具、刀粒的刃口，在体式显微镜下观察，更方便发现问 题；另外，iqc 的人员还要注意检查待镀膜件有无塑胶、低熔点的焊料等，这些东西如果因漏检而混入镀膜程序，则将在真空室内严重放气，轻者造成整批产品脱涂层，重者使原本 ok 的产品报废，后果不堪设想。
4.2 前处理工艺(蒸汽枪、喷砂、抛光、清洗)
前处理的目的是净化或粗化工件表面。净化就是要去除各种表面玷污物，制备洁净表面。通常使用各种净化剂，借助机械、物理或化学的方法进行净化。
粗化与光蚀相反，其目的在于制备粗糙的表面以提高喷涂 层或涂料装饰的结构强度。
我们现在已有的前处理主要方法为：高温蒸洗、清洗、喷砂、打磨、抛光等方法。
4.2.1 高温蒸洗
目前，pvd 车间常用的高温蒸洗设备是蒸汽枪。它的最大工作温度可达145℃，气压在3~5巴左右。由于模具中经常带有一些细小孔、螺纹孔，孔内中常常有油污、残余冷却液等杂质，用常规清洗的方法难以除去。此时，高温蒸洗设备便可最大程度的发挥它的优越性。
4.2.2 清洗
各厂工模涂层前清洗程序大致如下：
①超声波除蜡→②过水→③超声波除油→④过水→⑤超声波自换→⑥过水→⑦过纯水→⑧强风干燥
具体实施时，与我们所熟悉的装饰涂层前的清洗又有许多不同。这是因为装饰涂层的底材大多为不锈钢或钛合金，不容易生锈。此外，装饰涂层对水印、点痣等缺 陷是绝对不允许的。因此，装饰涂层对纯水的水质要求极高，甚至要达到15mω 以上。要保证清洗的高质量，可以通过反复清洗，并在高质量的纯水加超声波中长时间浸泡来得到。但是，工模的清洗就不同，尤其是一些热做模具钢，如果像装饰 涂层那样去清洗，就会锈得一塌糊涂。
由于工模涂层的原始表面状态，除了一些高标准的镜面模具以外，一般较装饰涂层要粗糙，因而，对涂层后的表面状态的要求也不象装饰涂层那样高，这就允许我们采取快速过水，用干燥、无油的压缩空气吹干，然后对工模强风干燥的方法来处理。而那些高标准 的镜面模具，一般均为136 等不锈钢，可以借用装饰涂层的清洗法。
总而言之，工模涂层前的清洗方法因工模所使用的材料的不同而不同，因工模涂层前的表面状态的不同而不同，且不可千篇一律。下面是几种材料生锈由难到易的排序，供参考：
不锈钢、硬质合金、金属陶瓷合金、dc53、高速钢、8407有一种自动清洗机型号为cr288，产自德国。该机一次最大清洗量为80kg，主要用于清 洗刀具、小型零部件、或小尺寸的模具。它共有三个清洗缸，里面的溶液分别为自来水+清洗剂、自来水、去离子水。除了常见的超声波、大水冲洗、喷淋、摆动、热风干燥等功能外，该机另外一个优点是最后设有抽真空步骤，可以使水分尽快挥发掉。
自动清洗机内存十种工艺，均由供方预先设定。一至九可分别用于不同类型的产品、不同的表面状态的净化处理。第十种用于加注清洗剂。
4.2.3 喷砂
喷砂法是借助压缩空气使磨料强力冲刷工件表面，从而去除锈蚀、积碳、焊渣、氧化皮、残盐、旧漆层等表面缺陷。按磨料使用条件，喷砂分为干喷砂与湿喷砂两类。
喷砂的工艺参数主要有枪距、倾角、装夹台旋转速度、移动速度、行程、往返次数、喷砂时间、喷砂气压。我们已使用过的参数有枪距：30~70mm;倾角30~70°;装夹台旋转速度10~30；往返次数3~9次；喷砂气压：1.8~3.5巴等。具体操作时，根据工件表面脏污程度，工件硬度，工件表面几何形状等因素，选 取上下限。我们在干喷砂机中所选用的磨料为玻璃珠，适合喷一些硬度介中的材料，如油钢、模具等；在液体喷砂机中所选用的磨料为氧化铝，硬度较高，适合喷一 些硬度高的材料，如硬质合金材料。对于工模涂层而言，喷砂所使用的磨料粒度也很重要。如果磨料粒度过大，则工件表面太粗糙；如果磨料粒度太小，又会降低打 击力度，甚至嵌在工件表面，清洗难以去除，从而使工件涂层附着力降低。为此，欧洲一些国家，对工模涂层前喷砂所用磨料粒度做过仔细研究，严格到必须保证 85%以上的晶粒度在中a、b两点范围内才能使用。相比之下，我国磨料的供应商还缺乏这方面 的共识，我们也很少有做这方面的检验。
4.3 pvd 涂层工艺(加热、离子清洗、涂层、冷却、工艺气体、气压、温度、溅射功率)
4.4 fqc
fqc 的英文全拼为：“function quality control”，意思是功能质量控制，它有别与一般意义上的oqc(out quality control)。fqc 的内容主要包括外观检查、层深检查、附着力检查、耐磨性检查、抗蚀性检查、模拟性测试等方法。我厂目前应用的主 要有外观检查、层深检查和附着力检查。
由于我们所接触的产品大多都是不允许做破坏性检查的，因而我们在镀膜时，每批都会放进随批试样。做层深检查和附着力检查的时候，大多数情况下，实际上是 对随批试样进行检查。因为试样与产品在原材料、热处理状态、装夹位置等方面都难于一致，所以这样检测出的结果，与产品实际值会有一定的误差。有时可能还会 有相当大的误差，只能做参考使用。当然，必要的时候，我们也可以通过制作模拟件，达到准确测量的目的。
4.4.1 外观检查
对于开门取件后的产品，应仔细检查表面有无裂纹、掉涂层、疏松等缺陷。对于刀具、刀粒，还需在显微镜下仔细检查它们的刃口状态。
4.4.2 层深检查
层深检查有切片金相观察法、x-ray 检查法、用单色光做光源的光学测试法、球磨仪测试法等多种方法。工模涂层的层深检查是在球磨仪上进行的。方法是先用直径为10mm的钢球与测试表面滚磨，然后在显微镜下测量磨痕的有关数据，带入公式中，即可方便算出层深。
这种层深检查法的特点是：方便适用，误差稍大。但这种误 差应用于工模上面影响不会太大。有兴趣的同事还可参阅有关的说明书。
附着力的检查方法有很多，各个厂根据自己产品的特点，都制定了相应的检测方法。其中，比较权威的方法有两种，一种是在洛氏硬度计上，以圆锥型金刚石压头 做压痕试验，在显微镜下观察，以压痕周边裂纹的多少来判断涂层附着力的高低。该方法对金刚石压头的形状要求很高，不但严格要求中心点在圆的中心，而且金刚 石圆锥的圆度必须十分规则。遗憾的是，目前，我国还没有它的国家或行业标准；另一种方法是划痕法，我国有些涂层发起较早的科研部门，也是采用的该方法，有 专门的国家行业标准可供查询。
5.工装夹具的处理
6.涂后处理工艺(喷砂、涂脂技术)
7.检测技术(结合力的检测、层深的检测、酸蚀)
8.涂层剥离技术(tin/tialn 的剥离技术、crn/dlc/craltin 的剥离技术、硬质合金的表面涂层剥离技术)
9.涂层刀具的应用技术(涂层的正确选择、涂层刀具的正确使用)
涂层对刀具的优化非常大，由于高速切削加工比传统切削加工所产生的温度要高，应用涂层，可以发挥其耐高温、抗氧化及加硬材质等作用。例如，氮化铬(crn)涂层可降低磨擦系数，改善光洁度及排屑情况
刀具涂层颜色篇四
刀具涂层有哪些
内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3d打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.涂层刀具是在强度和韧性较好的硬质合金或高速钢(hss)基体表面上，利用气相沉积方法涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物（也可涂覆在陶瓷、金刚石和立方氮化硼等超硬材料刀片上）而制备的。涂层作为一个化学屏障和热屏障，减少了刀具与工件间的扩散和化学反应，从而减少了基体的磨损。涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、摩擦系数小和热导率低等特性，切削时可比未涂层刀具寿命提高3~5倍以上，提高切削速度20%~70%，提高加工精度0.5~1级，降低刀具消耗费用20%~50%。现状
涂层刀具已成为现代切削刀具的标志，在刀具中的使用比例已超过50%。切削加工中使用的各种刀具，包括车刀、镗刀、钻头、铰刀、拉刀、丝锥、螺纹梳刀、滚压头、铣刀、成形刀具、齿轮滚刀和插齿刀等都可采用涂层工艺来提高它们的使用性能。类别
涂层刀具有四种：涂层高速钢刀具，涂层硬质合金刀具，以及在陶瓷和超硬材料（金刚石或立方氮化硼）刀片上的涂层刀具。但以前两种涂层刀具使用最多。在陶瓷和超硬材料刀片上的涂层是硬度较基体低的材料，目的是为了提高刀片表面的断裂韧度（可提高10%以上），可减少刀片的崩刃及破损，扩大应用范围。新型涂层技术
ti-al-x-n新型涂层技术是利用气相沉积方法在高强度工具基体表面涂覆几微米高硬度、高耐磨性难熔ti-al-x-n涂层，从而达到减少刀具磨损，延长寿命，提高切削速度的目的。它是高档数控机床与基础制造装备国家重大专项课题取得的重要成果。涂层方法
生产上常用的涂层方法有两种：物理气相沉积（pvd)法和化学气相沉积（cvd)法。前者沉积温度为500℃，涂层厚度为2~5μm；后者的沉积温度为900℃~1100℃，涂层厚度可达5~10μm，并且设备简单，涂层均匀。因pvd法未超过高速钢本身的回火温度，故高速钢刀具一般采用pvd法，硬质合金大多采用cvd法。硬质合金用cvd法涂层时，由于其沉积温度高，故涂层与基体之间容易形成一层脆性的脱碳层（η相），导致刀片脆性破裂。
近十几年来，随着涂覆技术的进步，硬质合金也可采用pvd法。国外还用pvd/cvd相结合的技术，开发了复合的涂层工艺，称为pacvd法（等离子体化学气相沉积法）。即利用等离子体来促进化学反应，可把涂覆温度降至400℃以下（涂覆温度已可降至180℃~200℃），使硬质合金基体与涂层材料之间不会产生扩散、相变或交换反应，可保持刀片原有的韧性。据报道，这种方法对涂覆金刚石和立方氮化硼（cbn）超硬涂层特别有效。涂层材料
涂层材料须具有硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、不与工件材料发生化学反应、耐热耐氧化、摩擦因数低，以及与基体附着牢固等要求。显然，单一的涂层材料很难满足上述各项要求。所以硬质涂层材料已由最初只能涂单一的tic、tin、al2o3，进入到开发厚膜、复合和多元涂层的新阶段。新开发的ticn、tialn、tialn多元、超薄、超多层涂层与tic、tin、al2o3等涂层的复合，加上新型的抗塑性变形基体，在改善涂层的韧性、涂层与基体的结合强度、提高涂层耐磨性方面有了重大进展。又突破了在硬质合金基体上涂覆金刚石薄膜技术，全面提高了刀具的性能。
工艺最成熟和应用最广泛的硬质涂层材料是tin，但tin与基体结合强度不及tic涂层，涂层易剥落，且硬度也不如tic高，在切削温度较高时膜层易氧化而被烧蚀。tic涂层有较高的硬度与耐磨性，抗氧化性也好，但其性脆，不耐冲击。ticn兼有tic和tin两种材料的优点，它在涂覆过程中可通过连续改变c、n的成份控制ticn性质，并形成不同成份的多层结构，可降低涂层的内应力，提高韧性，增加涂层的厚度，阻止裂纹的扩展，减少崩刃。所以，生产的一些刀片，如瑞典sandvik公司推荐用于加工钢料的gc4000系列刀片、中国株洲硬质合金厂生产的cn系列刀片、日本东芝公司的t715x和t725x涂层刀片中均有ticn涂层成份。ticn基涂层适于加工普通钢、合金钢、不锈钢和耐磨铸铁等材料，用它加工工件时的材料切除率可提高2~3倍。硬质涂层
tialn、crn、tialcrn是开发的硬质涂层新材料。tialn涂层刀片已商品化。它的化学稳定性和抗氧化磨损性能好，用其加工高合金钢、不锈钢、钛合金和镍合金时的刀具寿命可比tin涂层高3~4倍。此外，tialn涂层中如果有合适的铝浓度，切削时在刀具前刀面和切屑的界面上还会产生一层硬质的惰性保护膜，该膜有较好的隔热性，可更有效地用于高速切削。例如，美国kennametal公司推出的h7刀片，系tialn涂层，是专为高速铣削合金钢、高合金钢和不锈钢等高性能材料而设计的。crn是一种无钛涂层，适于切削钛和钛合金、铜、铝以及其它软材料，化学稳定性好，不产生粘屑。tialcrn是一种梯度结构涂层，不仅具有高的韧性和硬度，而且摩擦因数也较小，适用于铣刀、滚刀、丝锥等多种刀具，切削性能明显优于tin。氮化钛涂层
德国某公司开发了supernitride涂层系列，其中超级氮化钛涂层有很高的含铝量，可形成稳定的氧化层（氧化温度达1000℃），它比一般的tialn涂层更硬、更致密、更耐高温，适用于高速切削、干式切削和硬切削的刀具，可加工硬度高达58hrc以上的淬火钢。纳米涂层
此外，纳米超薄膜涂层工艺已日趋成熟。据报道，日本某公司推出了一种高速强力型钻头，它是在韧性好的k类（wc+co）硬质合金基体上交互涂覆了1,000层tin和aln超薄膜涂层，涂层厚度约2.5微米。使用表明，该钻头的抗弯强度与断裂韧性可大幅度提高，其硬度则与cbn相当，刀具寿命可提高2倍左右。该公司还开发出zx涂层立铣刀，超薄膜镀层数达2,000层，每层厚度约1nm，用该立铣刀加工60hrc的高硬度材料，刀具寿命远高于ticn和tialn涂层刀具。第八届中国国际机床展览会（cimt2003）上，瑞士某公司推出的纳米结构涂层（aitin/sin)立铣刀，其涂层硬度为45gpa，氧化温度1100℃，切削对比试验表明，其寿命比tin涂层立铣刀高3倍，比tialcn涂层立铣刀高2倍。除上述aitin/sin、tialcn新涂层外，还有特定功能的涂层，如mos2、dlc润滑涂层，其摩擦因数小（0.05），适于涂覆丝锥、钻头等刀具，可改善排屑性能，或者作为复合涂层的表面涂层，减少切屑的粘结。
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