Нитрид титана покрытие свойства

Свёрла с покрытием нитридом титана.

В нашем магазине вы можете приобрести тончайшие свёрла, для ювелирных работ. Учитывая твёрдость некоторых материалов, с которыми работает мастер, изготавливая украшение, к таким свёрлам предъявляются высокие требования, касательно их прочности и твёрдости. Тончайшее сверло, диаметром всего в несколько десятых миллиметра – вещь довольно-таки хрупкая. Среди ассортимента Самоделкина, есть оснастка, имеющая покрытие нитридом титана, придающее свёрлам ряд замечательных свойств. Рассмотрим эти свойства.

Нитрид-титановое покрытие в домашних условиях

Позолоченное покрытие придаёт изделиям дополнительную красоту и изящество. Но использовать с этой целью золото высокой пробы слишком дорого и не практично. Поэтому современная промышленность подыскала удачную альтернативу для украшения всевозможных предметов интерьера — нитрид-титановое покрытие (TiN). Визуально оно практически ничем не отличается от дорогостоящей позолоты, но технология нанесения при этом гораздо проще, да и финансовые затраты будут намного снижены.

Получение

Нитрид титана можно получить одним из следующих способов [1] [3] .

• Непосредственным насыщением титана азотом:

Процесс азотирования проводят обычно при температуре выше 1100 °C в среде азота или диссоциированногоаммиака. Для этой цели используют титан в виде порошка или стружки. Чистый порошок титана может быть заменен гидридом титана;

• Взаимодействием тетрахлорида титана со смесью азота и водорода:

В основе этого способа лежит реакция: 2TiCl₄ + 2NH₃ = 2TiN + 6HCl + Cl₂ которую проводят при температуре выше 1000 °C. Так же нитрид титана можно осадить на вольфрамовую нить нагретую до температуры 1400—2000 °C;

• Разложением аминохлоридов титана:

TiCl₄•4NH₃ → TiN + HCl + NH₃ Аминохлорид титана разлагается с образованием промежуточного продукта TiNCl, нагрев которого до температуры 1000 °C приводит к образованию чистого от хлора нитрида титана;

• Восстановлением оксида титанауглеродом в среде азота:

В основе процесса лежит реакция: 2TiO₂ + 4C + N₂ = 2TiN + 4CO С увеличение температуры процесса восстановления с 1000 °C до 1700 °C выход нитрида титана увеличивается, но при этом в продуктах реакции наблюдается появление карбида титана. Этот способ весьма пригоден для получения технически чистого нитрида титана в больших количествах, используемого для изготовления огнеупоров;

• Синтезом в плазме:

Как исходный продукт для получения нитрида титана может быть использован TiCl₄ или порошок титана, который подаю в струю плазмы генерируемую СВЧ-плазмотроном. Плазмообразующим газом является азот. Порошки полученные этим способом могут иметь размеры от 10 нм до 100 нм [4] ;

• Самораспространяющимся высокотемпературным синтезом:

Суть способа заключается в химической реакции титана с азотом, которая происходит с выделением тепла. Процесс ведут в герметическом реакторе, в котором процесс самопроизвольного горения инициируют нагревом контейнера заполненного азотом и порошком титана [5] .

Содержание

• 1 Физические свойства
• 2 Получение
• 3 Химические свойства
• 4 Применение

Повышенная твёрдость и износостойкость

Пожалуй, важнейшим из них, является высокая твёрдость сверла с таким покрытием. Она составляет

85 HRC, что позволяет работать c довольно твёрдыми материалами. Износостойкость и срок службы инструмента, покрытого нитридом титана, по сравнению с аналогичным инструментом без покрытия, увеличивается в 5-10 раз.

Что представляет собой нитрид титана

С точки зрения химии, покрытие на основе нитрида титана представляет собой соединение химического вещества и азота. При правильном использовании технологии нанесения напыление образует на поверхности тончайшую плёнку. Подобная технология применяется в различных сферах промышленности и общественной жизни. Причём использовать TiN можно для оформления предметов интерьера. Но наиболее крепким и долговечным покрытие становится на открытом воздухе, а его цвет получает большую отчётливость.

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.

Химические свойства

Нитрид титана устойчив к окислению на воздухе до 700—800 °C, при этих же температурах сгорает в токе кислорода:

При нагреве до 1200 °C в среде водорода или в смеси азота и водорода нитрид титана является инертным веществом.

Нитрид титана стехиометрического состава проявляет стойкость к CO, но медленно реагирует с CO₂ по реакции:

Реагирует на холоде с фтором:

Хлор не взаимодействует с нитридом титана до 270 °C, но реагирует с ним при температурах от 300 °C до 400 °C:

При температуре 1300 °C хлороводород взаимодействует с TiN с образованием газообразных хлоридов титана и азота с водородом.

Взаимодействует с дицианом образуя карбонитрид титана [3] :

При комнатной температуре, по отношению к серной, соляной, фосфорной, хлорной кислотам, а также к смесям хлорной и соляной, щавелевой и серной кислот, нитрид титана является стойким соединением. Кипящие кислоты (соляная, серная и хлорная) слабо взаимодействуют с TiN. На холоде малоустойчив против растворов гидроксида натрия. Взаимодействует с азотной кислотой, а в присутствии сильных окислителей растворяется плавиковой кислотой.

Нитрид титана является стойким к действию расплавов олова, висмута, свинца, кадмия и цинка. При высокой температуре сильно разъедается окислами железа (Fe₂O₃), марганца (MnO), кремния (SiO₂) и стеклом [1] .

Стойкость к коррозии и окислению.

Покрытие нитридом титана создаёт на оснастке тонкую, очень прочную и гладкую поверхность, препятствуя возникновению механических повреждений, и тем самым, предохраняя инструмент от коррозии. Тем не менее, не следует злоупотреблять этим свойством, храня свёрла в неподобающих условиях, подвергая воздействию агрессивных сред и нарушая правила хранения и эксплуатации.

Где и как можно использовать нитрид-титановое напыление

С технической точки зрения наносить нитрид титана можно на любые материалы, выдержать температуру его испарения и финишного запечатывания, то есть до +200-210 °С и выше. Но также важно обеспечить надёжное и прочное «сцепление» вещества с поверхностью. Наиболее прочное соединение нитрида титана обеспечивается на следующих поверхностях:

1. Нержавеющая сталь. Наиболее распространённый материал для нитрид-титанового напыления. Причём для покрытия подходит как техническая, так и пищевая сталь.
2. Медь, алюминий, латунь. Для достижения 100% результата следует наносить TiN на хромированную поверхность. Но и на необработанном покрытии материал будет смотреться вполне привлекательно.
3. ABS-пластик. Ещё один востребованный материал для нанесения нитрид-титанового покрытия. Но для лучшего сцепления обязательно требуется предварительное хромирование поверхности.

Как осуществляется нитрид-титановое напыление

Украшение предметов интерьера или экстерьера при помощи TiN — это довольно сложная и тонкая работа, требующая тщательной предварительной подготовки. Тем не менее, выполнить все работы вполне возможно не только в промышленных, но и в домашних условиях. Предварительная подготовка перед нанесением покрытия включает в себя следующие действия:

• Если изделие сборное, его необходимо разобрать на составные части. , должна быть чистой и гладко отполированной.
• В большинстве случаев требуется просверлить технологические отверстия.

Проще и удобнее всего наносить нитрид-титановое покрытие с применением ионно-плазменной технологии. Так удаётся получить покрытие с минимальной пористостью и высоким сцеплением с поверхностью. При соблюдении всех технологий покрытие будет верой и правдой выполнять свои функции на протяжении не менее 50-ти лет.

Если вы решили получить покрытие с различными цветовыми решениями, то во время проведения работ можно использовать разные плазмообразующие газы: азот, аргон, ацетилен, а также углекислоты и смеси на их основе. Также в ходе работ можно использовать катодно-дуговое осаждение: так удаётся обеспечить прочную адгезию с основанием защитного покрытия благодаря внедрению атомов титана в кристаллические структуры материалов нижнего слоя.

Почему покрытие из нитрид титана лучше наносить в домашних условиях

Конечно, заказать услуги по напылению TiN можно и в компании, специализирующейся на выполнении данного вида услуг. Но это не всегда желательно. Во-первых, даже самые опытные профессионалы не всегда способны выполнить все работы в точном соответствии с пожеланиями заказчика. Во-вторых, дав полную свободу действий компании на обработку изделий, заказчик должен быть готов ко всем возможным последствиям: не так отполировали, не там просверлили и т. д. Таким образом, лучше всего выполнить все работы самостоятельно: так можно сэкономить на проведении работ и оборудовании, а также сделать всё гораздо быстрее. Если вам понадобится консультация по вопросам подготовки изделий, обратитесь к специалистам компании «ДПМ+».

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.

Плазменные установки. Процесс

В установках плазменного типа покрытие нитридом титана осуществляется электро-плазменными распылителями с применением готового порошкового сырья (нитрид титана в порошковой форме). Плазмотроны для распыления сравнительно несложны, процесс там совершается без вакуума и особой газовой среды. Но в целях сокращения окисления нитрида титана кислородом для образования плазмы применяется аргон. Он обладает инертными свойствами. В СВЧ-плазмотроне применяется азот. Такую порошковую технологию покрытия можно применять в небольших оборудованных помещениях, например в частном бизнесе.

Большой срок эксплуатации без дополнительной заточки.

Нитрид титановое покрытие имеет кубическую структуру кристаллической решётки, подобную структуре алмаза. Именно эта структура и обеспечивает покрытию его высокую твёрдость, позволяя достаточно долго работать без заточки инструмента.

Недостатки способа плазменного напыления

В установках плазменного типа технология покрытия нитридом титана имеет такие недостатки:

• слабая адгезия. Прочность прикрепления покрытия уступает методам PVD или CVD, напыление склонно отстаиваться;
• пленка, покрывающая поверхность, строго неравномерна;
• декоративные свойства такой пленки невысокого качества;
• напыление за определенный промежуток времени может производиться несколько раз, поэтому изделие склонно к износу.

Очевидно, что если покрытие нитридом титана осуществляется в небольших, мало оборудованных помещениях, результат имеет существенные недостатки. Такое покрытие используют лишь в декоративных целях. Например, такое качество требуется в производстве сувенирных продуктов, на мебельной фурнитуре, в бижутерии и т. д.

К инструменту с покрытием не прилипает материал.

Благодаря очень гладкой поверхности, нитрид титан предотвращает прилипание к поверхности сверла стружки, образующейся в процессе сверления материала. Инструмент с таким покрытием, менее других подвержен налипанию материала и гораздо проще очищается.

Учитывая упомянутые свойства, свёрла с покрытием нитридом титана идеально подходят для работы со многими минералами, различными породами дерева и металлами, используемыми при изготовлении украшений. Разумеется, сверлить нитридом титана такие твёрдые материалы, как аметист, розовый кварц или бирюзу, вы не сможете, но такие минералы, как малахит и жемчуг, им вполне по силам. Для сверления же более твёрдых минералов следует применять свёрла с алмазным напылением.

Огненная технология

По высокотемпературному синтезу покрытие нитридом титана производится в закрытых реакторах с применением нагрева уже готового изделия. В таких установках покрытие, получается чистым и однородным. По прочности, твердости и тугоплавкости оно превосходит известные композитные материалы.

Нагрев реактора до высоких температур происходит за счет экзотермических процессов. В результате реакции нескольких химических элементов формируется деталь. Температура достигает 4000 градусов. Так можно получить отличный чистый нитрид, диборит титана, кремния и алюминия и других материалов с готовыми покрытиями. Процесс покрытия нитридом титана в вариантах высокотемпературного порошкового синтеза производить можно и дополнительно. В новых СВС-реакторах любой материал получается необычным и изысканно декоративным.

Заключение

Осуществляемое покрытие имеет много особенностей. Покрытие нитридом применяется в изготовлении интегральных микросхем, потому что этот материал является и проводником, и изолятором. Нанесение напыления придает поверхности разные цветка, изделия получаются более декоративными. Это цвет золота, бордовый, зеленый и синий, а также серебряный и малиновый Все они стабильны, не выгорают и не размываются.