Bor Nitrür: Kaplama alanında ortaya çıkan bir kuvvet

May 16, 2025

Bor nitrürün mülkiyet temeli

Yüksek sertlik ve aşınma direnci

Kübik bor nitrür, sadece elmasın ikinci bir sertliğine sahiptir, bir Vickers sertliği 5000 - 8000 HV'ye ulaşır. Bu karakteristik, harici sürtünme ve aşınmaya etkili bir şekilde direnmek için kaplamaya C-BN dahil ederek oluşturulan film katmanını sağlar. Takım kaplama alanında, bir takım yüzeyi C-BN içeren bir tabaka ile kaplandığında, metalik malzemelerin yüksek hızlı kesilmesi sırasında, kaplama takım ve iş parçası arasındaki sürtünme katsayısını önemli ölçüde azaltabilir, alet aşınmasını en aza indirebilir ve aletin hizmet ömrünü büyük ölçüde genişletebilir ve kesme verimliliğini artırabilir. Örneğin, yüksek sertlik alaşım malzemeleri işlenirken, sıradan araçlar kısa sürede şiddetli aşınma yaşayabilirken, C-BN ile kaplanmış araçlar keskin bir kesme kenarını koruyabilir, sürekli ve kararlı işleme sağlayabilir ve işleme hassasiyet ve yüzey kalitesini önemli ölçüde artırabilir.

Kimyasal istikrar

Altıgen bor nitrür mükemmel kimyasal stabilite sergiler ve erimiş metallerle neredeyse hiç reaksiyona girmez. Vakum kaplama işleminde, bir çekirdek sarf malzemesi olarak buharlaşma botunun, yüksek sıcaklıklar altında (＞ 1500 derece), yüksek aşındırıcı metal eriyiklerde (alüminyum ve bakır gibi) ve yüksek vakum ortamında stabil bir şekilde çalışması gerekir. Geleneksel grafit buharlaşma tekneleri erimiş metallerle erozyona karşı savunmasızdır ve kısa hizmet ömrüne sahiptir. Buna karşılık, H-BN bazlı seramik malzemeler kimyasal stabiliteleri nedeniyle ideal bir alternatif haline gelmiştir. H-BN buharlaşma tekneleri, tekne gövdesi korozyonunu önleyebilir, tekne gövdesi korozyonunun neden olduğu kaplama kontaminasyonundan kaçınabilir ve kaplama işleminin stabilitesini ve kaplama kalitesinin güvenilirliğini sağlayabilir.

Yüksek termal iletkenlik ve düşük termal genleşme katsayısı

Bor nitrür, düzlem içi termal iletkenliğe sahiptir. Örneğin, H-BN tozu, buharlaşma teknelerinin hazırlanması sırasında düzlem içi termal iletkenlik ＞ 250 w\/(m · k) ile mükemmel bir yatay yönlendirilmiş termal iletim ağı oluşturabilir. Bu arada, termal genleşme katsayısı son derece düşüktür. Kaplama işlemi sırasında, özellikle hızlı ısıtma ve soğutma döngülerini içeren bazı işlemlerde, kaplama malzemesinin sert sıcaklık değişikliklerine dayanması gerekir. Bor nitrürün yüksek termal iletkenlik ve düşük termal genleşme özellikleri, düzgün ısı dağılımını sağlar, kaplama işlemi sırasında tekrarlanan hızlı ısıtma ve soğutma şoklarına etkili bir şekilde dayanır, film çatlamasını önler ve film katmanının bütünlüğünü ve performans stabilitesini korur. Örneğin, film katmanının termal stabilitesi için son derece yüksek gereksinimlere sahip yarı iletken çip üretiminin kaplama işleminde, bor nitrür kaplamaları bu katı gereksinimleri karşılayabilir ve çip üretimi için kararlı ve güvenilir bir temel sağlar.

Farklı kaplama işlemlerinde bor nitrür uygulamaları

Fiziksel buhar birikimi (PVD)

PVD işleminde, bor nitrür genellikle sert kaplamalar hazırlamak için kullanılır. Örnek olarak çoklu ARC iyon kaplamasını alın. Metal buharlaşma kaynağı katot görevi görür ve anot kabuğu arasındaki ark akıntısı yoluyla, hedef malzeme, iş parçasının üzerine kaplamanın biriktirilmesi için uzamsal bir plazma oluşturmak üzere buharlaşır ve iyonlaşır. Bir bor nitrür hedefi kullanıldığında, biriken bor nitrür kaplaması son derece yüksek yoğunluk ve yapışmaya sahiptir. Bu kaplamanın yüksek sertliğe, kalıp çeliğinin üç katından fazla olduğu ve hatta 5000HV'ye ulaşabileceği; Çelik ile düşük sürtünme katsayısına sahip ince ve pürüzsüzdür; Metallere kolayca yapışmaz, çip oluşmasını önler ve işlenmiş parçaların yüzey kalitesini iyileştirmez; Ayrıca iyi tokluğa, darbe direncine ve çarpışma direncine sahiptir ve kalıp döküm kalıplarına, damgalama kalıplarına vb. Uygulanabilir. Örneğin, otomotiv parçalarının üretiminde, kalıp aşınma direncinin önemli ölçüde arttırıldıktan sonra, üretilen parçaların yüzey kalitesi azalır, kalıp bakımı ve ekonomik faydalar artmaktadır.

Kimyasal buhar birikimi (CVD)

CVD yöntemi, basit bir hazırlık işlemi, yüksek kaliteli filmler ve büyük büyüme alanları gibi bor nitrür ince filmlerin hazırlanmasında benzersiz avantajlara sahiptir. Metal yüzey korozyonu koruması için ince filmler hazırlarken, CVD tarafından hazırlanmış bor nitrür ince filmler doğrudan metal korozyon koruması için kullanılabilir. Grafitin düzlemsel ağ yapısına benzer şekilde H-BN, yaygın olarak "beyaz grafen" olarak bilinir ve iyi yalıtım, yüksek termal stabilite ve güçlü kimyasal stabilite gibi mükemmel özelliklere sahiptir. Tek katmansız bir kusursuz bor nitrürü, oksijen ve su molekülleri gibi korozyon faktörlerini metal substrat yüzeyine ulaşmasını ve elektron transferini inhibe edebilen ve böylece taban metalin galvanik korozyonu olasılığını azaltabilen mükemmel ekranlama performansına sahiptir. Bununla birlikte, CVD tarafından hazırlanmış bor nitrür ince filmlerin kaçınılmaz olarak tahıl sınırları ve kusurları vardır. Atomik tabaka birikimi ile birleştirerek, metal oksit partikülleri, metallerin korozyon direncini önemli ölçüde iyileştirebilen ve baz metalinin uzun vadeli korumasını elde edebilecek bir bor nitrür film tabakasının ve yüzeyde boşluklarda, tane sınırlarında ve kırışık kusurlarında eşit olarak dağılabilir.

Uygulama durumları ve efektler

Takım kaplamanın uygulama durumu

Bir araç üretimi Enterprise, öğütme kesici ürünlerine C-BN kaplama teknolojisini uyguladı. Yüksek mukavemetli alaşımlı çeliğin öğütme testi sırasında, kaplanmamış sıradan öğütme kesici, 100 iş parçasının işlenmesinden sonra belirgin kenar aşınması gösterdi, bu da işleme hassasiyetinde bir azalmaya ve iş parçası yüzey pürüzlülüğünde bir artışa neden oldu. Buna karşılık, C-BN kaplı freze kesici, aynı sayıda iş parçasının işlenmesinden sonra minimal aşınma sergiledi ve kesme kenarı keskin kaldı, sürekli ve kararlı yüksek hassasiyetli işleme sağladı. Diğer testler, C-BN kaplı freze kesicinin servis ömrünün sıradan öğütme kesicinin beş katından fazla olduğunu, alet değiştirme maliyetlerini önemli ölçüde azalttığını, işleme verimliliğini artırdığını ve işletmeye dikkat çekici ekonomik faydalar sağladığını gösterdi.

Metal korozyon koruma kaplamasının uygulama durumu

Bir havacılık bileşeni üretim şirketi, karmaşık ortamlarda alüminyum alaşım bileşenlerinin korozyon direncini iyileştirmek için bor nitrür kompozit film kaplama teknolojisini benimsedi. Alüminyum alaşım bileşenlerinin yüzey işleminden sonra, H-BN ince filmler CVD yöntemi ile biriktirildi ve daha sonra bir bor-BN ince filmler üzerinde bir bor nitrür kompozit filmi oluşturmak için atomik tabaka birikimi ile kaplandı. Tuz sprey korozyon testleri ve nemli ısı yaşlanma testleri gibi çeşitli simüle edilmiş sert ortam testlerinden sonra, sonuçlar, kaplanmamış alüminyum alaşım bileşenlerinin bir tuz sprey ortamında 24 saat sonra belirgin korozyon noktaları gösterdiğini, boron nitrür kompozit filmi ile kaplanmış, tuz sprey testi filmi 1000 saatlik herhangi bir korozyondan sonra intokt kaldığını gösterdi. Bu teknolojinin uygulanması, havacılık ve uzay bileşenlerinin güvenilirliğini ve hizmet ömrünü etkili bir şekilde geliştirir ve uçakların karmaşık ortamlarda güvenli bir şekilde çalışmasını sağlar.