Металл века нитрид титана

Обновлено: 15.05.2024

Титан давно нашел применение в черной металлургии из-за своей способности образовывать устойчивые соединения с различными примесями. Благотворное влияние этого металла на чугун и сталь было замечено еще в самом начале нашего века. Для сталеплавильного производства используют не очищенный титан, а так называемый ферротитан — сплав титана с железом, загрязненный большим количеством углерода. Если же в сталь нужно ввести титан и кремний, используют сплавы титана с железом и кремнием.

Когда титан попадает в жидкую сталь, обычно содержащую кислород, азот, углерод, он прежде всего соединяется с кислородом и, поглощая его, образует диоксид титана.

Поглощение кислорода из расплавленной стали называется ее раскислением. Вначале титан применяли только для этой цели, но затем выяснилось, что добавки металла в чугун и сталь приносят много и другой пользы. Ведь титан не только раскисляет сталь, но и существенно повышает ее чистоту, освобождая от силикатов марганца и железа, которые, соединившись с титаном, всплывают на поверхность расплавленного черного металла, откуда их уже нетрудно удалить. Однако польза, которую приносит титан, не ограничивается и этим.

В процессе остывания стали первоначально образующиеся кристаллы всегда бывают гораздо чище остающейся расплавленной массы; последняя же порция затвердевающего металла содержит наибольшее количество углерода, фосфора, серы и других вредных примесей. Эти загрязнения переходят из слитка в изделия, что приводит к их преждевременному разрушению. Было время, когда сталь раскисляли небольшим количеством кремния. Железнодорожные рельсы, сделанные из такой стали, часто выходили из строя, потому что в местах наибольшего скопления примесей появлялись трещины. Когда же металл начали обрабатывать титаном, количество трещин уменьшилось во много раз, так как сера, фосфор и углерод стали равномерно распределяться по всему сечению рельса благодаря большей химической активности титана.

Эта способность титана была широко использована в годы второй мировой войны, когда потребовалось упростить обработку стали при производстве снарядов, мин и других видов вооружения. Сталь обрабатывалась намного легче, если в ней содержалось серы больше обычного. Но серу следовало распределить в стали равномерно, мельчайшими частицами. С такой задачей успешно справился титан.

Справедливости ради следует все же признать, что лучший раскислитель стали — алюминий. Именно его почти всегда используют для выплавки мелкозернистой стали, так как, во-первых, он гораздо дешевле титана, во-вторых, его требуется меньше и, в-третьих, его намного проще использовать. Но для сталей, которые имеют склонность к росту зерна, алюминий применять нельзя. Тогда и применяют титан, который не только хорошо раскисляет металл, но и очищает его, равномерно распределяет примеси в его толще, намного улучшает качество поверхности стального листа.

В сталях с промежуточной зернистостью добавкой титана предупреждается появление и мелких, и крупных зерен, а в мелкозернистых сталях, для которых с успехом используется алюминий, титан способствует образованию правильной микроструктуры.

Соединения различных элементов с азотом называются нитридами. Нитрид титана — одно из самых прочных химических соединений. Способность титана связывать азот намного выше, чем тантала, алюминия, бора, ванадия и кремния. Другие же элементы, обычно используемые в сталеварении, пр^ высоких температурах образуют с азотом неустойчивые соединения, а значит, и не могут его обезвредить. Примеси азота в стали Делают ее чересчур пористой. Но если такую сталь расплавить и добавить в нее титан, дефект устраняется и слиток получается полноценным.

Вступая в реакцию с азотом, титан не только переводит его в нерастворимое состояние, но и уменьшает общее его содержание в стали. Это объясняется тем, что кристаллы нитрида титана, поскольку они значительно легче стали, стремятся всплыть на поверхность и переходят в шлак, который легко удалить. Нитрид титана нашел и самостоятельное, очень эффективное применение.

8 мая 1986 года в газете "Известия” под заголовком ”Золо- той блеск титана” был опубликован следующий текст: ”Внешне инструмент из быстрорежущей стали с новым износостойким покрытием выглядит позолоченным. И хотя в нем нет и грамма драгоценного металла, рабочие называют его золотым. Впрочем, он заслуживает такого определения не за внешний вид.

В нашей стране на 22 специализированных инструментальных заводах Минстанкопрома организовано производство широкой номенклатуры инструмента из быстрорежущей стали с износостойким покрытием на основе нитрида титана. Такой инструмент обеспечивает повышение производительности труда на 50 процентов и более, стойкость его в три- четыре раза превышает надежность обычного инструмента, что особенно важно при эксплуатации на станках с числовым программным управлением и в гибких производственных системах. Экономический эффект от внедрения новшества в народном хозяйстве уже превысил 41 миллион рублей. Разработанная технология защищена 20 патентами, 17 авторскими свидетельствами и получила широкое признание на международном рынке — лицензии на нее закуплены США, ЧССР, НРБ и Кубой”.

Отрадный факт. Небольшие добавки титана в литую сталь повышают ее прочность, улучшают все механические свойства и упрощают ее термическую обработку. Нередко титан добавляют в сочетании с бором, что обеспечивает лучшую прокаливаемость стали и обработку на токарных станках.

Добавление титана в чугун улучшает его обрабатываемость. И не только обрабатываемость, но и стойкость против ржавления, высоких температур, повышает сопротивляемость разрушающим воздействиям трения. Когда титан вводят в расплавленный чугун, содержащий большое количество углерода, титан и углерод вступают в реакцию между собой и образуют мелкие кристаллы карбида. При затвердевании чугуна частицы карбида титана выступают в роли центров кристаллизации и благодаря этому чугун получается с мелкозернистой структурой.

Присутствие карбида титана в инструментальных сталях уменьшает их растрескивание при закалке в воде, а поглощение титаном избытка углерода предотвращает межкристаллитное разрушение нержавеющей стали.

Титан повышает также прочность и твердость нержавеющих, долговечность жаропрочных сталей, способствует улучшению их свариваемости. Карбид титана используется не только для улучшения свойств чугуна и стали, но и в качестве самостоятельного материала для так называемых твердых сплавов, абразивов, при производстве материалов для инструментов и других важных узлов и деталей.

Впервые карбид титана был получен в 1887 году при обработке титанистого чугуна соляной кислотой. Вещество оказалось очень твердым и хрупким, обладающим некоторыми металлическими свойствами — блеском, хорошей электропроводностью. По своей жаростойкости карбид титана превосходит все другие тугоплавкие карбиды: он плавится при температуре свыше 3000 °С. В наши дни карбид титана получают прокаливанием диоксида титана с сажей в специальных индукционных печах.

Карбид титана — одно из самых устойчивых веществ, выдерживающих резкие смены температур. Он широко применяется как основа для получения жаростойких сплавов, режущих инструментов для обработки вязких материалов, благодаря высокой твердости используется для шлифования.

Благодаря высокой твердости, жаростойкости и жаропрочности карбид титана используется для получения материала, из которого делают лопатки турбин реактивных авиационных двигателей, защитные покрытия для сопел и головных частей ракет. Эти же свойства карбида титана, а также достаточная электропроводность и низкая скорость испарения позволяют использовать его в электродах для подводной электрокислородной резки стали и в электродах термопар, предназначенных для замера температур до 200 °С.

Из сплава карбида титана с вольфрамом делают детали насосов для перекачки расплавленного натрия, стойкие при температурах более 1000 С и давлениях, превышающих 8 атмосфер.

Соединений титана — многие сотни, но практическое применение нашли далеко не все из них. В технике используется еще соединение титана с бором — борид титана. Как и карбид, он обладает очень высокой твердостью и тоже пригоден для обработки материалов. Некоторые соединения титана применяются для проведения лабораторных анализов.

Глава 3. «Скромный ученый из Кента»

Глава 3. «Скромный ученый из Кента» Изобретатель автоматического пулемета всегда утверждал, что начал думать о пулеметах еще в 1854 г.: когда ему было четырнадцать, его отец Исаак рассказал ему о своей идее рычажного с ременной подачей одноствольного магазинного орудия и

Помощник Геракла

Помощник Геракла Если на заводе увидеть промышленного робота – не так уж сложно, то вот в сельском хозяйстве подобные механизмы – в диковинку. Почему? В нашей стране за трудное дело роботизации сельского хозяйства одними из первых взялись сотрудники Академии инженеров

Электрический помощник

Электрический помощник Электричество — подручный станочника, его помощник. Оно экономит время, освобождает руки рабочего, ускоряет темп работы, делает ее более точной.Пуск станка в ход, его остановка, изменение скорости — все, что еще не так давно требовало ручного

Глава III. АВТОМАТИЧЕСКИЙ ПОМОЩНИК

Глава III. АВТОМАТИЧЕСКИЙ ПОМОЩНИК Станок-револьвер Если на обыкновенном токарно-винторезном станке обрабатывается самый простой винт, на его изготовление затрачивается немало времени. И тут не помогут ни высокая квалификация, ни опыт, ни старание. И это потому, что с

Просто лучший, но такой скромный, что покупать его немцы запрещают BMW 328I Modern

Просто лучший, но такой скромный, что покупать его немцы запрещают BMW 328I Modern Почти у каждой страны есть уникальная особенность, которая отличает ее от всех остальных. Например, во Франции нельзя пройти 100 метров и не вступить в собачье дерьмо. В Австралии слишком много

Услуги по напылению нитрида титана в СПБ

Наша компания предлагает комплекс услуг по проектированию и изготовлению куполов, накупольных крестов с покрытием нитрид титана.

Оказываем широкий спетр услуг по нанесению декоративных покрытий.

Принимаем заказы на металлообработку и изготовление металлоконструкций.

Проектирование, изготовление и возведение куполов, кровельные работы

Производим работы "под ключ". Полный спектр услуг.

Изготовление накупольных крестов

Изготовим кресты любых размеров и конфигураций. Работаем как по своим, так и по Вашим чертежам.

Принимаем пожелания по корректировке уже имеющихся моделей.

Изготовление церковной утвари

- Прочая утварь по запросу

Изготовление сборных декоративных ограждений

- Прочие сборные ограждения

Нанесение декоративных и защитных покрытий на ваши изделия

Методами вакуумного напыления, химической метализации и гальванизации мы можем нанести на Ваше изделие покрытие необходимого цвета, прочности и светоотражающего эффекта.

- Прочие покрытия по запросу

Ламинирование листового металла

Оказываем услуги по нанесению защитной пленки на листовой металл. При ламинации мы не допускаем появления "морщин" на пленке, что гарантирует сохранение качества поверхности при штамповке.

Ламинируем листы шириной до 1500 мм.

Упаковка продукции

Перед отправкой нашей продукции в другие регионы мы самым тщательным образом позаботимся о ее сохранности, благодаря чему избавляемся от рисков повреждения груза при транспортировке.

Монтажные работы

Произведем качественную сборку и монтаж металлических декоративных обрамлений и металлоконструкций, работы по облицовке нержавейкой с покрытием нитрид титана.

Покрытие нитрид титана.

Покрытие нитрид титана (покрытие «под золото») широко востребовано во многих сферах жизнедеятельности. Популярным направлением дизайна является использование декоративных покрытий. Идеальный вариант, если такое оформление сочетает высокие эстетические и защитные качества. Уникальное покрытие нитридом титана украсит любой объект и улучшит его потребительские характеристики. Доказанный факт: покрытие становится крепче на открытом воздухе, а его цвет получает большую отчётливость.

Нитрид титана – это популярный современный материал желтоватого цвета, применяемый для декоративного нанесения на различные изделия из нержавейки марки AISI 304, устойчивый к воздействию сильных кислот – серной и соляной. Также возможно нанесения покрытия на ABS пластик и другие материалы. Предварительно их покрывают специальным материалом (например, никелевым или хромовым подслоем).

Цвет и оттенки покрытия зависят от материалов катодов, состава воздушно-газовой смеси, степени разрежения (состояния вакуума) в камере, разности потенциалов между заготовкой и испарителем, частоты и силы ионных токов, применяемых для очистки и подготовки поверхностей.

Лучшим материалом для нанесения покрытия нитрид титана является — нержавеющая сталь AISI 304. Немаловажным фактором удобства работы с нержавейкой этой марки является простота полировки.

Перед вакуумным напылением мы проводим плазменную полировку нержавеющей стали.

На своём производстве мы используем катодно-дуговое осаждение (метод КИБ) – на сегодняшний день, это самый передовой и качественный метод нанесения покрытия нитрид титана.

Выбирая компанию по покрытию нитридом титана, обратите внимание на технологию его нанесения. Цены на покрытие нитридом титана у разных компаний варьируются. Здесь экономия может дорого обойтись. Мы предлагаем вам по-настоящему высокое качество по доступной цене.

Область применения покрытия Нитрид Титана.

Церковная тематика — покрытие куполов храмов, кресты, шары, церковная утварь.

Реклама, промоушн. Для привлечения внимания используют «золотые» металлические объемные буквы, передвижные конструкции, вывески, таблички.

Дизайн интерьеров. Нитридно-титановую обработку применяют для украшения кабин лифтов и дверей в холлах, элементов декора, ниш, арок, скульптурных групп, изделий из декоративного камня, стекла и металла.

Мебельное производство. Нанесение покрытия TiN используют для оформления золотых и медных диванных конструкций, оснований кроватей, тумб, столов и подстолий, опор и ножек, шкафов-купе, фурнитуры.

Строительство. Ионно плазменное покрытие наносится на лестничные конструкции, перила, поручни.

Производство сантехники, аксессуаров для ванной. Напыление «под золото» нитрид титана – популярный вариант покрытия смесителей, вешалок и полочек, полотенцесушителей.

Промышленность. Нитридная оболочка обладает хорошими защитными свойствами, обеспечивает стойкость к коррозионным воздействиям, влиянию неблагоприятных факторов окружающей среды, укрепляет кристаллическую решетку металла. Незаменимое покрытие нитрид титана многократно упрочняет режущий инструмент.

Медицина. Титановое напыление используется в производстве зубных протезов, вставок, накладок и коронок. Такие изделия долговечнее и дешевле золотых изделий для протезирования.

Свойства покрытия нитрид титана.

Высокие эстетические качества. Если подобраны правильные параметры напыления, вещи с титановым напылением по цвету и блеску покрытия очень похожи на изделия из натурального золота.

Конкурентная цена. Стоимость прочной оболочки на порядок дешевле такого же по толщине золотого напыления, при том, что срок службы нитрида титана в несколько раз дольше.

Длительный срок службы. Покрытие TiN не тускнеет и не отслаивается со временем.

Экологичность. Материал абсолютно безвреден для людей.

Устойчивость к воздействию кислотных и щелочных сред. Нитрид титана невосприимчив к атмосферным явлениям, серной, соляной кислотам, фосфатам и хлору.

Прочность, хорошая сопротивляемость механическим повреждениям. Материал обладает высокой прочностью, его применяют даже при обработке режущего инструмента.

Широкий температурный диапазон использования. Соединение устойчиво до 700-800 °C.

Методы и технология нанесения покрытия нитрид титана.

Нанесение нитрида титана при помощи вакуума основывается на формировании направленного потока частиц этого элемента на поверхность и их последующей конденсации с образованием плёнки.

Поведение любой частицы напыляемого материала в момент контакта с поверхностью находится в прямой зависимости от её энергии, химических свойств детали и температуры поверхности. Чтобы покрыть нитридом титана заготовку, необходимо создать оптимальные условия для максимальной конденсации частиц на поверхности.

Существует несколько видов напыления:

конденсация с ионной бомбардировкой (КИБ);
атомная ионизация и распыление (АИР);
газофазовое осаждение;
магнетронное нанесение;
термодиффузионное насыщение;
электронно-лучевое испарение.

Самым качественным считается катодно-дуговое осаждение (метод КИБ). Он обеспечивает прочную адгезию (схватываемость с основанием) защитного покрытия благодаря внедрению атомов титана в кристаллические структуры материалов нижнего слоя. Толщина напыления около 3―5 мкм.

Покрытия TiN, ZrN, TiCN, TiC, CrN, AlTiN, ZrAlN, ZrCN, TiO.

Наша компания оказывает услуги по нанесению упрочняющих покрытий на различные материалы с использованием вакуумного оборудования ионно-плазменного напыления. В производстве мы используем одни из самых современных вакуумных методов получения высокотехнологичных тонких плёнок для покрытия микро-нано-электроники, зубных протезов, режущего инструмента.

TiN — Нитрид титана – Золотой цвет;
ZrN — Нитрид циркония – Белое золото;
TiCN — Карбо нитрид титана – Серо-голубой цвет;
TiC — Карбид титана – Светло-серый цвет;
CrN — Нитрид хрома – Тёмно-серый цвет;
AlTiN — Нитрид титана алюминия – Фиолетовый тёмный цвет (ближе к черному);
ZrAlN — Нитрид циркония алюминия — Серый цвет ;
ZrCN — Карбонитрид циркония – Бледно-золотой цвет;
TiO — Оксид титана — Бесцветный.

Нитрид титана – TiN.

Нитрид титана TiN – химическое соединение, которое получают при температуре 1200°С путем азотирования титана. Кубическая алмазоподобная структура покрытия обеспечивает ему высокую твердость, низкий коэффициент трения и оптимальную химическую стойкость. Благодаря таким качествам, TiN активно используется для упрочнения режущих инструментов, подшипников и штампов, предотвращает налипание обрабатываемого материала на инструмент.

Нержавеющая сталь после обработки нитридом титаном приобретает следующие свойства :

устойчивость к негативным внешним влияниям;
устойчивый к воздействию сильных кислот – серной и соляной;
однородность цвета, долговечность;
оптимальная отражающая способность;
инертность к высоким температурам и агрессивным веществам;
повышается твердость и тугоплавкость.

Кроме этого нитрид титана имеет золотой оттенок, что выгодно отличает покрытие от прочих. На сегодняшний день TiN – это самое похожее на золото соединение. Поэтому его часто используют в декоративных целях, когда необходимо добиться максимально натурального золотого цвета.

Если при напылении нитрида титана использовать большое содержания азота – получится медный цвет.

Нитрид циркония — ZrN.

Нитрид циркония ZrN представляет собой бинарное соединение неорганического типа, полученное в результате симбиоза азота и металла циркония. Имеет цвет белого золота.

Покрытие не заменимо в стоматологии – напыление нитрида циркония на элементы имплантов – абатменты, зубные коронки, зубные протезы.

Нитрид циркония успешно используется для обработки крепежных элементов. В результате значительно повышается износостойкость изделия (в 3-5 раз), а также его декоративные свойства. Состав хорошо защищает металл от коррозии, повышает эксплуатационный ресурс.

керамика высокотемпературного типа;
покрытия антифракционные, декоративные или защитные;
обработка цветных металлов;
обработка пластика.

Состав обладает высокой химической стойкостью, а также оптимальным уровнем микротвердости. Нитрид циркония активно используют в качестве декоративного покрытия для аксессуаров — бижутерия и наручные часы.

Карбонитрид титана – TiCN.

Карбонитрид титана TiCN — получают практически так же, как и нитрид титана, только в качестве реакционного газа используется смесь азота с ацетиленом или пропаном, а не чистый азот. Покрытие применяется для сверл, которые подвергаются сильным термодинамическим нагрузкам, на инструменте резьбонарезного типа.

стальные трубы нержавеющие;
конструкционная, швеллерная и толстолистовая сталь;
чугунное литье;
стальной прокат;
сверление внахлест.

Карбонитрид титана TiCN — тугоплавкое соединение обладает высокими физико-механическими свойствами и имеет низкий коэффициент трения покрытия, благодаря чему обработанные инструменты могут полноценно работать в режиме фрезерования, ударном режиме, при нарезании резьбы.

Нитрид хрома – CrN.

Нитрид хрома CrN представляет собой неорганическое соединение азота и металла хрома. Покрытие обладает высокой адгезией, сопротивляемостью коррозийным процессам, высоким уровнем вязкости. CrN используется для повышения стойкости режущих инструментов и оснастки.

высокая твердость;
термостабильность;
устойчивость к воздействию кислот (в том числе и царской водки);
устойчивость к щелочной среде;
низкая изнашиваемость контртела.

Инструменты с покрытием из нитрида хрома применяются для обработки цветных металлов, пластика. CrN не поддается воздействию воды как на холоде, так и при нагревании, нитрид хрома применяется для нанесения на штампы, пресс-формы, детали машин.

Комплексный нитрид титана алюминия – AlTiN.

Нитрид титана алюминия AlTiN – универсальное высокопроизводительное покрытие, применяется для обработки режущего инструмента, повышая его износостойкость, прочность и работоспособность в несколько раз. Покрытый инструмент используется при точении, сверлении, фрезеровке, развертке.

Наиболее эффективны покрытия при обработке материалов с низким уровнем теплопроводности – никелевые сплавы, нержавеющая сталь, титановые сплавы. AlTiN оптимально подходит для сухой высокоскоростной обработки, обработки закаленных сталей.

высокая нанотвердость;
оптимальный коэффициент трения;
стойкость к окислению;
низкий коэффициент теплопроводности.

Комплексный нитрид циркония алюминия — ZrAlN.

Нитрида циркония алюминия ZrAlN используется для обработки инструментов с целью увеличить их производительность и работоспособность, защитить изделия от негативных внешних факторов, продлить срок эксплуатации.

высокий уровень микротвердости;
стойкость к окислительным процессам;
низкий коэффициент теплопроводности;
устойчивость к высоким температурам.

Покрытие из нитрида циркония алюминия используется для обработки сплавов титана, алюминия, пластика. Состав оказывает на сталь микролегирующее и модифицирующее свойство, повышая ее прочностные характеристики. Также цирконий применяется для получения высокотвердой керамики. Из такого материала изготавливаются матрицы и фильеры для экструзии металлов, головки режущего типа, детали насосов и автомобильных двигателей.

Карбид титана — TiC.

Карбид титана TiC – порошок светло-серого цвета, полученный в результате соединения металлического титана и углерода. Покрытие используется для повышения эксплуатационных характеристик целого ряда инструментов.

высокий уровень прочности;
стойкость к серной, соляной и фосфорной кислотам;
стойкость к щелочной среде;
хорошая теплопроводимость;
устойчивость к абразивному воздействию;
жаропрочность;
устойчивость к коррозийным процессам.

Обработанные карбидом титана инструменты значительно повышают свои прочностные характеристики, лучше справляются с обработкой цветных металлов и прочих материалов.

Также покрытие TiC используется для покрытия высокоскоростных буров, и при производстве деталей реактивного двигателя, и шлифовально-абразивного инструмента. Карбид титана используют не только для нанесения износостойких покрытий, но для изготовления чехлов термопар, тиглей, для футеровки печей вакуумного высокотемпературного типа.

Карбонитрид циркония – ZrCN.

Карбонитрид циркония ZrCN известен своими уникальными эксплуатационными характеристиками, активно используют для обработки цветных металлов и алюминиевых сплавов. Покрытие препятствует налипанию обрабатываемого материала к поверхности инструмента. Состав рекомендуется также для обработки стекловолокна, нейлона, большинства полимерных материалов. Применяется ZrCN для защиты от коррозии.

стойкость к абразивному износу и к коррозийным процессам;
высокий уровень твердости;
ударная вязкость;
низкий коэффициент трения;
трибологические свойства;
инертность ко многим видам кислот;

Покрытие ZrCN применяется для обработки режущих инструментов, которые предназначены для работы с цветными металлами, а также для приспособлений для полировки. Карбонитрид циркония чрезвычайно устойчив к высоким температурам.

Оксид титана – TiO. Радужное напыление «Хамелеон».

Особенностью покрытий из оксида титана TiO является цветовой эффект «хамелеона». Поэтому такие покрытия в основном применяются в качестве декоративных и защитно-декоративных для изделий из различных материалов — сталей, алюминиевых сплавов, меди, пластмасс, стекла, керамики и т.д.

Покрытия TiO имеют небольшую толщину, обладая при этом достаточно высокой износостойкостью. При обработке поверхности твердосплавных инструментов диоксидом титана можно повысить их стойкость. Кроме того, покрытия на основе оксида титана известны как обладающие высокой фотокаталитической активностью: они эффективно используют свет для ускорения химических реакций.

Читайте также: