科创中国

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新材料技术

需求背景

深色（黑色/枪黑色）涂层作为装饰涂层利用PVD技术已经可以实现，但其耐蚀性、均匀性等都存在不同程度的问题，如早期的深色涂层多采用TiC涂层或TiCN涂层，由于缺陷的存在，涂层后期易变色且耐蚀性较差；进一步地采用ZrC或CrC涂层，涂层后期变色的问题得到缓解，但耐蚀性改善不大。因此，深色PVD涂层作为功能装饰涂层的推广应用受到极大限制，该问题的解决仍是一大挑战。 目前，PVD涂层技术主要掌握在德国、瑞典和日本等涂层技术强国中，在高端涂层领域占据垄断地位。我国涂层技术起步晚，进步快，规模较大的五金加工厂都纷纷建立了自己的涂层中心，但关键性的涂层材料、装备、工艺技术主要依赖集成引进，受制于人。

需解决的主要技术难题

一、目前涂层生产中碰到的困难具体如下：

1、在镀膜装备方面，国外进口设备稳定性高，但价格昂贵，且核心工艺封锁，国内引进后无法进行工艺调整，而国内设备可靠性差；

2、在涂层材料设计制备方面，如何获得功能、装饰一体的涂层材料设计和关键技术仍未得到解决；

3、在产业化应用方面，产业化装备与工艺的系统化集成、涂层与基材的强结合、复杂形状大面积均匀沉积等技术瓶颈仍是挑战。

因此，我们要通过涂层设备等离子体分布检测及改善，开发一种腔体上中下等离子体均匀分布，继而沉积速率相同的涂层设备，来实现涂层外观的均匀一致和设备利用率的提高；通过深色涂层新材料体系探索以及涂层工艺的优化相结合，制备出耐蚀性良好的深色涂层。 
二、企业前期在技术方面也尝试过许多方案，如：

方案一：采用TiC或TiCN涂层，颜色均匀性、结合力较好，硬度可以满足要求，但涂层后期易变色，且耐蚀性较差（NSS＜24）；

方案二：若采用CrC、ZrC涂层，涂层后期颜色变化较小，但耐蚀性改善不大（NSS≤24H）；

方案三：继而在涂层表面增加疏水涂层，采用CrC+AF涂层，涂层耐蚀性改善，可以达到要求，但AF层厚度薄、硬度低，难以满足卫浴行业寿命需求（8-10年）。

期望实现的主要技术目标

深色涂层具体性能指标：

 1． 涂层沉积温度≤50℃（真空腔体内温度）； 

2． 涂层颜色：L：25-50，a：0±1，b：0±1； 

3． 颜色均匀性：△E≤3（设备上中下层,设备有效高度1400mm）；

 4． 涂层结合力≥20N（不锈钢基材，划痕法）；

 5． 涂层硬度≥10GPa（纳米压痕法）； 

6． 涂层耐蚀性：NSS≥96H或ASS≥24H。

需求解析

解析单位：“科创中国”绿色建材产业科技服务团（中国空间科学学会） 解析时间：2023-10-11

陈雪

桂林电子科技大学

副教授

综合评价

1、该研发通过对PVD涂层刀片进行激光熔融处理，减少了刀片和涂层的孔隙度，保证了刀片的尺寸精度，刀片的裂纹密度大大降低。 2、利用冷喷涂技术于预处理后的不锈钢刀片表面涂覆PVD涂层，提高了涂层与基体刀片的结合强度，改善了涂层的应力状态，使得体系的致密度得以提高。该研发制取的不锈钢刀具PVD涂层具有高达97％的功率利用率，又有良好的耐腐蚀性能。 3、该研发提供的加工不锈钢刀具PVD涂层的方法明显提高了PVD涂层刀片的力学性能，消除和改善了刀具材料的内应力，延长了其使用寿命。

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