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铣削、铣床与铣刀
铣削用旋转的铣刀作为刀具的切削加工。铣削一般在铣床或镗床上进行，适于加工平面、沟槽、各种成形面(如花键、齿轮和螺纹)和模具的特殊形面等。铣削的特征是：①铣刀各刀齿周期性地参与间断切削；②每个刀齿在切削过程中的切削厚度是变化的。图1是几种常见的铣削加工方式。
图1 几种常见的铣削方式
切 削速度v(米/分)是铣刀刃的圆周速度。铣削进给量有3种表示方式：①每分钟进给量vf(毫米/分)，表示工件每分钟相对于铣刀的位移量；②每转进给量f (毫米/转)，表示在铣刀每转一转时与工件的相对位移量；③每齿进给量af(毫米/齿)，表示铣刀每转过一个刀齿的时间内工件的相对位移量。铣削深度ap (毫米)是在平行于铣刀轴心线方向测量的铣刀与工件的接触长度。铣削切削弧深度ae(毫米)是垂直于铣刀轴心线方向测量的铣刀与工件接触弧的深度。用高速 钢铣刀铣削中碳钢的切削速度一般为20～30米/分；用硬质合金铣刀可达60～90米/分。
图2 两种周铣方式
图3 三种端铣方式
铣 削一般分周铣和端铣两种方式。周铣(图2)是用刀体圆周上的刀齿铣削，其周边刃起切削作用，铣刀的轴线平行于工件的加工表面。端铣(图3)是用刀体端面上 的刀齿铣削，周边刃与端面刃同时起切削作用，铣刀的轴线垂直于一个加工表面。周铣和某些不对称的端铣又有逆铣和顺铣之分。凡刀刃切削方向与工件的进给运动 方向相反的称为逆铣；方向相同的称为顺铣。逆铣时，铣刀每齿的切削厚度是从零逐渐增大，所以刀齿在开始切入时，将与切削表面发生挤压和滑擦，这对铣刀寿命 和铣削工件的表面质量都有不利影响。顺铣时的情况正相反，所以顺铣能提高铣刀寿命和铣削表面质量，并能减小机床的功率消耗。但顺铣时铣刀所受的切削冲击力 较大，当机床的进给传动机构有间隙或铸锻毛坯有硬皮时不宜采用顺铣，以免引起振动和损坏刀具。铣刀是一种多齿刀具，同时参与切削的切削刃总长度较长，并可 使用较高的切削速度，又无空行程，故在一般情况下铣削的生产率比用单刃刀具的切削加工(如刨削、插削)为高，但铣刀的制造和刃磨较为困难。普通铣削的加工 精度不高，一般粗铣精度为IT11～10，表面粗糙度为Ra20～2.5微米；精铣精度可达IT9～7，表面粗糙度为Ra2.5～0.16微米。铣床用铣 刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应 用。· 简史最早的铣床是美国人E.惠特尼于1818年创制的卧式铣床。为了铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人布朗，J.R.于1862年创制了第一台万能铣床，是为 升降台铣床的雏形。1884年前后出现了龙门铣床。20世纪20年代出现了半自动铣床，工作台利用挡块可完成“进给-快速”或“快速-进给”的自动转换。 1950年以后，铣床在控制系统方面发展很快，数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。尤其是70年代以后，微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在 铣床上得到应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效率。· 类型铣床种类很多，一般按布局形式和适用范围加以区分。①升降台铣床：有万能式、卧式和立式等，主要用于加工中小型零件，应用最广。②龙门铣床：包括龙门 铣镗床龙门铣刨床和双柱铣床，均用于加工大型零件。③单柱铣床和单臂铣床：前者的水平铣头可沿立柱导轨移动，工作台作纵向进给；后者的立铣头可沿悬臂导轨 水平移动，悬臂也可沿立柱导轨调整高度。两者均用于加工大型零件。④工作台不升降铣床：有榘形工作台式和圆工作台式两种，是介于升降台铣床和龙门铣床之间 的一种中等规格的铣床。其垂直方向的运动由铣头在立柱上升降来完成。⑤仪表铣床：一种小型的升降台铣床，用于加工仪器仪表和其他小型零件。⑥工具铣床：用 于模具和工具制造，配有立铣头、万能角度工作台和插头等多种附件，还可进行钻削、镗削和插削等加工。⑦其他铣床：如键槽铣床、凸轮铣床、曲轴铣床、轧辊轴 颈铣床和方钢锭铣床等，是为加工相应的工件而制造的专用铣床。按控制方式，铣床又分为仿形铣床、程序控制铣床和数字控制铣床。
图4 各种铣刀
铣 刀用于铣削加工的、具有一个或多个刀齿的旋转刀具。工作时各刀齿依次间歇地切去工件的余量。铣刀主要用于在铣床上加工平面、台阶、沟槽、成形表面和切断工 件等。铣刀按用途区分有多种常用的型式(图4)。①圆柱形铣刀：用于卧式铣床上加工平面。刀齿分布在铣刀的圆周上，按齿形分为直齿和螺旋齿两种。按齿数分 粗齿和细齿两种。螺旋齿粗齿铣刀齿数少，刀齿强度高，容屑空间大，适用于粗加工；细齿铣刀适用于精加工。②面铣刀：用于立式铣床、端面铣床或、龙门铣床、 上加工平面，端面和圆周上均有刀齿，也有粗齿和细齿之分。其结构有整体式、镶齿式和可转位式3种。③立铣刀：用于加工沟槽和台阶面等，刀齿在圆周和端面 上，工作时不能沿轴向进给。当立铣刀上有通过中心的端齿时，可轴向进给。④三面刃铣刀：用于加工各种沟槽和台阶面，其两侧面和圆周上均有刀齿。⑤角度铣 刀：用于铣削成一定角度的沟槽，有单角和双角铣刀两种。⑥锯片铣刀：用于加工深槽和切断工件，其圆周上有较多的刀齿。为了减少铣切时的摩擦，刀齿两侧有 15’～1°的副偏角。此外，还有键槽铣刀 燕尾槽铣刀 T形槽铣刀和各种成形铣刀等。铣刀的结构分为4种。①整体式：刀体和刀齿制成一体。②整体焊齿式：刀齿用硬质合金或其他耐磨刀具材料制成，并钎焊在刀体 上。③镶齿式：刀齿用机械夹固的方法紧固在刀体上。这种可换的刀齿可以是整体刀具材料的刀头，也可以是焊接刀具材料的刀头。刀头装在刀体上刃磨的铣刀称为 体内刃磨式；刀头在夹具上单独刃磨的称为体外刃磨式。④可转位式：这种结构已广泛用于面铣刀、立铣刀和三面刃铣刀等。
a.硬质合金可转位刀片端面铣刀
b.苞米棒型硬质合金可转位刀片立铣刀
图5 可转位铣刀
图6 尖齿铣刀的齿背形状
铣 刀按齿背的加工方式分为两类。①尖齿铣刀：在后面上磨出一条窄的刃带以形成后角，由于切削角度合理，其寿命较高。尖齿铣刀的齿背有直线曲线和折线3种形式 (图6)。直线齿背常用于细齿的精加工铣刀。曲线和折线齿背的刀齿强度较好，能承受较重的切削负荷，常用于粗齿铣刀。②铲齿铣刀：其后面用铲削(或铲磨) 方法加工成阿基米德螺旋线的齿背，铣刀用钝后只须重磨前面，能保持原有齿形不变，用于制造齿轮铣刀等各种成形铣刀。
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Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet. PCD的定义,PCD是英文Polycrystalline diamond的简称,中文直译过来是聚晶金刚石的意思.它与单晶金刚石相对应.
摘自:中国机械资讯网
聚晶金刚石（PCD）刀具发展
1．概述
1.1 PCD刀具的发展
金 刚石作为一种超硬刀具材料应用于切削加工已有数百年历史。在刀具发展历程中，从十九世纪末到二十世纪中期，刀具材料以高速钢为主要代表；1927年德国 首先研制出硬质合金刀具材料并获得广泛应用；二十世纪五十年代，瑞典和美国分别合成出人造金刚石，切削刀具从此步入以超硬材料为代表的时期。二十世纪七十 年代，人们利用高压合成技术合成了聚晶金刚石（PCD），解决了天然金刚石数量稀少、价格昂贵的问题，使金刚石刀具的应用范围扩展到航空、航天、汽车、电 子、石材等多个领域。
1.2 PCD刀具的性能特点
金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性，可在高速切削中获 得很高的加工精度和加工效率。金刚石刀具的上述特性是由金刚石晶体状态决定 的。在金刚石晶体中，碳原子的四个价电子按四面体结构成键，每个碳原子与四个相邻原子形成共价键，进而组成金刚石结构，该结构的结合力和方向性很强，从而 使金刚石具有极高硬度。由于聚晶金刚石（PCD）的结构是取向不一的细晶粒金刚石烧结体，虽然加入了结合剂，其硬度及耐磨性仍低于单晶金刚石。但由于 PCD烧结体表现为各向同性，因此不易沿单一解理面裂开。
PCD刀具材料的主要性能指标：①PCD的硬度可达8000HV，为硬质合金的 80～120倍；②PCD的导热系数为700W/mK，为硬质合金的 1.5～9倍，甚至高于PCBN和铜，因此PCD刀具热量传递迅速；③PCD的摩擦系数一般仅为0.1～0.3（硬质合金的摩擦系数为0.4～1），因此 PCD刀具可显著减小切削力；④PCD的热膨胀系数仅为0.9×10 -6～1.18×10 -6，仅相当于硬质合金的1/5，因此PCD刀具热变形小，加工精度高；⑤PCD刀具与有色金属和非金属材料间的亲和力很小，在加工过程中切屑不易粘结在 刀尖上形成积屑瘤。
1.3 PCD刀具的应用
工业发达国家对PCD刀具的研究开展较早，其应用已比较成熟。自1953年在瑞典首次 合成人造金刚石以来，对PCD刀具切削性能的研究获得了大量成果， PCD刀具的应用范围及使用量迅速扩大。目前，国际上著名的人造金刚石复合片生产商主要有英国De Beers公司、美国GE公司、日本住友电工株式会社等。据报道，1995年一季度仅日本的PCD刀具产量即达10.7万把。PCD刀具的应用范围已由初 期的车削加工向钻削、铣削加工扩展。由日本一家组织进行的关于超硬刀具的调查表明：人们选用PCD刀具的主要考虑因素是基于PCD刀具加工后的表面精度、 尺寸精度及刀具寿命等优势。金刚石复合片合成技术也得到了较大发展，DeBeers公司已推出了直径74mm、层厚0.3mm的聚晶金刚石复合片。
国 内PCD刀具市场随着刀具技术水平的发展也不断扩大。目前中国第一汽车集团已有一百多个PCD车刀使用点，许多人造板企业也采用PCD刀具进行木制品加 工。PCD刀具的应用也进一步推动了对其设计与制造技术的研究。国内的清华大学、大连理工大学、华中理工大学、吉林工业大学、哈尔滨工业大学等均在积极开 展这方面的研究。国内从事PCD刀具研发、生产的有上海舒伯哈特、郑州新亚、南京蓝帜、深圳润祥、成都工具研究所等几十家单位。目前，PCD刀具的加工范 围已从传统的金属切削加工扩展到石材加工、木材加工、金属基复合材料、玻璃、工程陶瓷等材料的加工。通过对近年来PCD刀具应用的分析可见，PCD刀具主 要应用于以下两方面：①难加工有色金属材料的加工：用普通刀具加工难加工有色金属材料时，往往产生刀具易磨损、加工效率低等缺陷，而PCD刀具则可表现出 良好的加工性能。如用PCD刀具可有效加工新型发动机活塞材料——过共晶硅铝合金（对该材料加工机理的研究已取得突破）。②难加工非金属材料的加工： PCD刀具非常适合对石材、硬质碳、碳纤维增强塑料（CFRP）、人造板材等难加工非金属材料的加工。如华中理工大学1990年实现了用PCD刀具加工玻 璃；目前强化复合地板及其它木基板材（如MDF）的应用日趋广泛，用PCD刀具加工这些材料可有效避免刀具易磨损等缺陷。
2．PCD刀具的制造技术
2.1 PCD刀具的制造过程
PCD 刀具的制造过程主要包括两个阶段：①PCD复合片的制造：PCD复合片是由天然或人工合成的金刚石粉末与结合剂（其中含钴、镍等金属）按一定比例在 高温（1000～2000℃）、高压（5～10万个大气压）下烧结而成。在烧结过程中，由于结合剂的加入，使金刚石晶体间形成以TiC、SiC、Fe、 Co、Ni等为主要成分的结合桥，金刚石晶体以共价键形式镶嵌于结合桥的骨架中。通常将复合片制成固定直径和厚度的圆盘，还需对烧结成的复合片进行研磨抛 光及其它相应的物理、化学处理。②PCD刀片的加工：PCD刀片的加工主要包括复合片的切割、刀片的焊接、刀片刃磨等步骤。
2.2 PCD复合片的切割工艺
由于PCD复合片具有很高的硬度及耐磨性，因此必须采用特殊的加工工艺。目前，加工PCD复合片主要采用电火花线切割、激光加工、超声波加工、高压水射流等几种工艺方法，其工艺特点的比较见表1。
表1 PCD复合片切割工艺的比较
工艺方法 －工艺特点
电火花加工－高度集中的脉冲放电能量、强大的放电爆炸力使PCD材料中的金属融化，部分金刚石石墨化和氧化，部分金刚石脱落，工艺性好、效率高
超声波加工－加工效率低，金刚石微粉消耗大，粉尘污染大
激光加工 －非接触加工，效率高、加工变形小、工艺性差
在 上述加工方法中，电火花加工效果较佳。PCD中结合桥的存在使电火花加工复合片成为可能。在有工作液的条件下，利用脉冲电压使靠近电极金属处的工作液形 成放电通道，并在局部产生放电火花，瞬间高温可使聚晶金刚石熔化、脱落，从而形成所要求的三角形、长方形或正方形的刀头毛坯。电火花加工PCD复合片的效 率及表面质量受到切削速度、PCD粒度、层厚和电极质量等因素的影响，其中切削速度的合理选择十分关键，实验表明，增大切削速度会降低加工表面质量，而切 削速度过低则会产生“拱丝”现象，并降低切割效率。增加PCD刀片厚度也会降低切割速度。
2.3 PCD刀片的焊接工艺
PCD复合 片与刀体的结合方式除采用机械夹固和粘接方法外，大多是通过钎焊方式将PCD复合片压制在硬质合金基体上。焊接方法主要有激光焊接、真空扩散焊 接、真空钎焊、高频感应钎焊等。目前，投资少、成本低的高频感应加热钎焊在PCD刀片焊接中得到广泛应用。在刀片焊接过程中，焊接温度、焊剂和焊接合金的 选择将直接影响焊后刀具的性能。在焊接过程中，焊接温度的控制十分重要，如焊接温度过低，则焊接强度不够；如焊接温度过高，PCD容易石墨化，并可能导致 “过烧”，影响PCD复合片与硬质合金基体的结合。在实际加工过程中，可根据保温时间和PCD变红的深浅程度来控制焊接温度（一般应低于700℃）。国外 的高频焊接多采用自动焊接工艺，焊接效率高、质量好，可实现连续生产；国内则多采用手工焊接，生产效率较低，质量也不够理想。
2.4 PCD刀片的刃磨工艺
PCD 的高硬度使其材料去除率极低（甚至只有硬质合金去除率的万分之一）。目前，PCD刀具刃磨工艺主要采用树脂结合剂金刚石砂轮进行磨削。由于砂轮磨料 与PCD之间的磨削是两种硬度相近的材料间的相互作用，因此其磨削规律比较复杂。对于高粒度、低转速砂轮，采用水溶性冷却液可提高PCD的磨削效率和磨削 精度。砂轮结合剂的选择应视磨床类型和加工条件而定。由于电火花磨削（EDG）技术几乎不受被磨削工件硬度的影响，因此采用EDG技术磨削PCD具有较大 优势。某些复杂形状PCD刀具（如木工刀具）的磨削也对这种灵活的磨削工艺具有巨大需求。随着电火花磨削技术的不断发展，EDG技术将成为PCD磨削的一 个主要发展方向。
3．PCD刀具的设计原则
3.1 刀具材料的选择
（1）合理选择PCD粒度
PCD 粒度的选择与刀具加工条件有关，如设计用于精加工或超精加工的刀具时，应选用强度高、韧性好、抗冲击性能好、细晶粒的PCD。粗晶粒PCD刀具则可 用于一般的粗加工。PCD材料的粒度对于刀具的磨损和破损性能影响显著。研究表明：PCD粒度号越大，刀具的抗磨损性能越强。采用De Beers 公司SYNDITE 002和SYNDITE 025两种PCD材料的刀具加工SiC基复合材料时的刀具磨损试验结果表明，粒度为2μm的SYNDITE 002PCD材料较易磨损。
2）合理选择PCD刀片厚度
通 常情况下，PCD复合片的层厚约为0.3～1.0mm，加上硬质合金层后的总厚度约为2～8mm。较薄的PCD层厚有利于刀片的电火花加工。De Beers公司推出的0.3mm厚PCD复合片可降低磨削力，提高电火花的切割速度。PCD复合片与刀体材料焊接时，硬质合金层的厚度不能太小，以避免因 两种材料结合面间的应力差而引起分层。
3.2 刀具几何参数与结构设计
PCD刀具的几何参数取决于工件状况、刀具材料与结构等 具体加工条件。由于PCD刀具常用于工件的精加工，切削厚度较小（有时甚至等于刀具的刃口半径）， 属于微量切削，因此其后角及后刀面对加工质量有明显影响，较小的后角、较高的后刀面质量对于提高PCD刀具的加工质量可起到重要作用。
PCD复合片与刀杆的连接方式包括机械夹固、焊接、可转位等多种方式，其特点与应用范围见表2。
表2 PCD复合片与刀杆连接方式的特点与应用
连接方式－特点－应用范围
机械夹固－由标准刀体及可做成各种集合角度的可换刀片组成，具有快换和便于重磨的优点－中小型机床
整体焊接－结构紧凑、制作方便，可制成小尺寸刀具－专用刀具或难于机夹的刀具，用于小型机床
机夹焊接－刀片焊接于刀头上，可使用标准刀杆，便于刃磨及调整刀头位置－自动机床、数控机床
可转位－结构紧凑，夹紧可靠，不需重磨和焊接，可节省辅助时间，提高刀具寿命－普通通用机床
4．PCD刀具的切削参数与失效机理
4.1 PCD刀具切削参数对切削性能的影响
（1）切削速度
PCD 刀具可在极高的主轴转速下进行切削加工，但切削速度的变化对加工质量的影响不容忽视。虽然高速切削可提高加工效率，但在高速切削状态下，切削温度和 切削力的增加可使刀尖发生破损，并使机床产生振动。加工不同工件材料时，PCD刀具的合理切削速度也有所不同，如铣削Al2O3强化地板的合理切削速度为 110～120m/min；车削SiC颗粒增强铝基复合材料及氧化硅基工程陶瓷的合理切削速度为30～40m/min。
（2）进给量
如PCD刀具的进给量过大，将使工件上残余几何面积增加，导致表面粗糙度增大；如进给量过小，则会使切削温度上升，切削寿命降低。
（3）切削深度
增加PCD刀具的切削深度会使切削力增大、切削热升高，从而加剧刀具磨损，影响刀具寿命。此外，切削深度的增加容易引起PCD刀具崩刃。
不同粒度等级的PCD刀具在不同的加工条件下加工不同工件材料时，表现出的切削性能也不尽相同，因此应根据具体加工条件确定PCD刀具的实际切削参数。
4.2 PCD刀具的失效机理
刀 具的磨损形式主要有磨料磨损、粘结磨损（冷焊磨损）、扩散磨损、氧化磨损、热电磨损等。PCD刀具的失效形式与传统刀具有所不同，主要表现为聚晶层破 损、粘结磨损和扩散磨损。研究表明，采用PCD刀具加工金属基复合材料时，其失效形式主要为粘结磨损和由金刚石晶粒缺陷引起的微观晶间裂纹。在加工高硬 度、高脆性材料时，PCD刀具的粘结磨损并不明显；相反，在加工低脆性材料（如碳纤维增强材料）时，刀具的磨损增大，此时粘接磨损起主导作用。
5．结语
PCD 刀具因其良好的加工质量和加工经济性在非金属材料、有色金属及其合金材料、金属基复合材料等切削加工领域显示出其它刀具难以比拟的优势。随着PCD 刀具的理论研究日益深入及其应用技术的进一步推广，PCD刀具在超硬刀具领域的地位将日益重要，其应用范围也将进一步拓展。

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Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet.气相沉积也称干镀，按机理划分为物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）。
一、物理气相沉积
物理气相沉积是利用蒸发或溅射等物理形式，把材料从靶源移走，然后通过真空或半真空空间使这些携带能量的蒸发粒子沉积到基体或零件的表面，以形成膜层。
物理气相沉积法主要有真空蒸镀、阴极溅射和离子镀。
1、真空蒸镀
在真空中使金属、合金或化合物蒸发，然后凝结在基体表面上的方法叫真空蒸镀。
镀膜特点：
（1）镀膜由气相沉积，均匀性好；
（2）在真空条件下形成，纯净性好；
（3）成膜过程简单，工艺可精确控制。
应用：
真空蒸镀主要用于光学透镜的反射膜及装饰用的金膜、银膜。
2、阴极溅射
阴极溅射是利用高速正离子轰击某一靶材（阴极），使靶材表面原子以一定能量逸出，然后在工件表面沉积的过程。
阴极溅射与真空蒸镀相比有如下特点：
（1）薄膜的结合力高；
（2）容易相成高熔点物质的膜；
（3）可以在较大面积上得到均匀的薄膜；
（4）容易控制膜的组成；
（5）可以长时间地连续运转；
（6）有良好的再现性；
（7）几乎可以制造一切物质的薄膜。
3、离子镀
离子镀借助于一种惰性气体的辉光放电使欲镀金属或合金蒸发离子化，在带负电荷的基体（工件）上形成镀膜。
离子镀膜的特点：
（1）离子镀膜附着力强；
（2）均匀性好；
（3）取材广泛且能相互搭配；
（4）整个工艺过程无污染。
应用：
（1）形成附着力强的耐磨镀层；
（2）形成表面致密的耐蚀镀层、润滑镀层；
（3）形成各种颜色的装饰镀层；
（4）形成各种特殊性能镀层。
CVD(Chemical Vapor Deposition, 化学气相淀积)，指把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室，在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程。在超大规模 集成电路中很多薄膜都是采用CVD方法制备。
CVD特点：淀积温度低，薄膜成份易控，膜厚与淀积时间成正比，均匀性，重复性好，台阶覆盖性优良。
化学气相沉积（CVD）技术是近年来国际上发展和应用较广的一门先进技术，尤其在电子、半导体、机械、仪表、宇航等领域的应用发展极其迅速。所谓化学气相 沉积（简称CVD），就是利用化学反应的原理，从气相物质中析出固相物质沉积于工作表面形成镀层薄膜的新工艺。通常使用的涂层有：TiC、TiN、Ti （C.N）、Gr7O3、Al2O3等。以上几种CVD的硬质涂层基本具备低的滑动摩擦系数，高的抗磨能力，高的抗接触疲劳能力，高的表面强度，保证表面 具有足够的尺寸稳定性与基体之间有高的粘附强度。
其含义是气相中化学反应的固体产物沉积到表面。CVD装置由下列部件组成；反应物供应系统，气相反应器，气流传送系统。反应物多为金属氯化物，先被加热到 一定温度，达到足够高的蒸汽压，用载气（一般为Ar或H2）送入反应器。如果某种金属不能形成高压氯化物蒸汽，就代之以有机金属化合物。在反应器内，被涂 材料或用金属丝悬挂，或放在平面上，或沉没在粉末的流化床中，或本身就是流化床中的颗粒。化学反应器中发生，产物就会沉积到被涂物表面，废气（多为HCl 或HF）被导向碱性吸收或冷阱。
沉积反应可认为还原反应、热解反应和取代反应几类。CVD反应可分为冷壁反应与热壁反应。在热壁反应中，化学反应的发生与被涂物同处一室。被涂物表面和反应室的内壁都涂上一层薄膜。在热壁反应器中只加热被涂物，反应物另行导入。

Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet.化 学气相沉积(CVD)是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。从理论上来说，它是 很简单的：两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到晶片表面上。淀积氮化硅膜 (Si3N4)就是一个很好的例子，它是由硅烷和氮反应形成的。
　　然而，实际上， 反应室中的反应是很复杂的，有很多必须考虑的因素，沉积参数的变化范围是很宽的：反应室内的压力、晶片的温度、气体的流动速率、气体通过晶片的路程(如图 所示)、气体的化学成份、一种气体相对于另一种气体的比率、反应的中间产品起的作用、以及是否需要其它反应室外的外部能量来源加速或诱发想得到的反应等。 额外能量来源诸如等离子体能量，当然会产生一整套新变数，如离子与中性气流的比率，离子能和晶片上的射频偏压等。
　 　然后，考虑沉积薄膜中的变数：如在整个晶片内厚度的均匀性和在图形上的覆盖特性(后者指跨图形台阶的覆盖)，薄膜的化学配比(化学成份和分布状态)， 结晶晶向和缺陷密度等。当然，沉积速率也是一个重要的因素，因为它决定着反应室的产出量，高的沉积速率常常要和薄膜的高质量折中考虑。反应生成的膜不仅会 沉积在晶片上，也会沉积在反应室的其他部件上，对反应室进行清洗的次数和彻底程度也是很重要的。
　　化学家和物理学家花了很多时间来考虑 怎样才能得到高质量的沉积薄膜。他们已得到的结论认为：在晶片表面的化学反应首先应是形成“成核点”，然后从这些 “成核点”处生长得到薄膜，这样淀积出来的薄膜质量较好。另一种结论认为，在反应室内的某处形成反应的中间产物，这一中间产物滴落在晶片上后再从这一中间 产物上淀积成薄膜，这种薄膜常常是一种劣质薄膜。
　　CVD技术常常通过反应类型或者压力来分类，包括低压CVD(LPCVD)，常压CVD (APCVD)，亚常压CVD(SACVD)，超高真空CVD (UHCVD)，等离子体增强CVD(PECVD)，高密度等离子体CVD(HDPCVD)以及快热CVD(RTCVD)。然后，还有金属有机物CVD (MOCVD)，根据金属源的自特性来保证它的分类，这些金属的典型状态是液态，在导入容器之前必须先将它气化。不过，容易引起混淆的是，有些人会把 MOCVD认为是有机金属CVD(OMCVD)。
　　过去，对LPCVD和APCVD最常使用的反应室是一个简单的管式炉结构，即使在今天，管式炉也还被广泛地应用于沉积诸如Si3N4 和二氧化硅之类的基础薄膜(氧气中有硅元素存在将会最终形成为高质量的SiO2，但这会大量消耗硅元素；通过硅烷和氧气反应也可能沉积出SiO2 -两种方法均可以在管式炉中进行)。
　　而且，最近，单片淀积工艺推动并导致产生了新的CVD反应室结构。这些新的结构中绝大多数都使用了等离子 体，其中一部分是为了加快反应过程，也有一些 系统外加一个按钮，以控制淀积膜的质量。在PECVD和HDPCVD系统中有些方面还特别令人感兴趣是通过调节能量，偏压以及其它参数，可以同时有沉积和 蚀刻反应的功能。通过调整淀积：蚀刻比率，有可能得到一个很好的缝隙填充工艺。
　　对许多金属和金属合金一个有趣的争论就是，他们是通过物理气相 沉积(PVD)还是通过化学气相沉积(CVD)能得到最好的沉积效果。尽管CVD比 PVD有更好的台阶覆盖特性，但目前诸如铜的子晶层和钽氮扩散层薄膜都是通过PVD来沉积的，因为现有的大量装置都是基于PVD系统的，工程技术人员对 PVD方法也有较高的熟练程度。一些人建议，既然台阶覆盖特性越来越重要(尤其是在通孔边墙覆盖)，CVD方法将成为必不可少的技术。相似的争论也存在于 产生低k值介质材料方面：是使用CVD方法好还是采用旋涂工艺好？
在化学气相沉积中，决定晶圆间薄膜均匀性的重要参数之一是晶圆间的气体是如何流动的。上图所示是Novellus概念下Three ALTUS系统中，一个晶圆及其基座上的SiH4集中度和钨沉积率的典型路径图。

Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet.杜军 杜丕一 韩高荣 翁文剑 汪建勋
浙江大学硅材料国家重点实验室 , 杭州 310027

摘要： 随着超大规模集成电路（ ULSI ）的快速发展，设备和器件尺寸越来越小，器件的寄生电阻对器件的不利影响越来越大， TiSi₂ 由于具有高导、高温稳定性并与目前制造工艺相符的优点而广泛应用于 ULSI 中的金属氧化物半导体（ MOS ）、金属氧化物半导体场效应晶体管（ MOSFET ）和动态随机存储器（ DRAM ）的门、源 / 漏极、互联和欧姆接触的制造当中。另一方面， 低辐射玻璃 ( 也称 Low-E 玻璃 ) 是目前有效控制太阳辐射能量，特别在节能方面效果显著而在建筑和汽车等领域有广泛应用理想窗玻璃材料之一。而低辐射膜目前主要分为两类 : 一种是以电介质 / 金属 / 电介质为主构成的多层复合膜，另一种是以掺杂宽禁带半导体 ( 如 SnO₂ , ITO, ZnO 等 ) 为主的透明导电单层膜。然而， TiSi₂ 薄膜属于高导电性薄膜的一种，对低频电磁波有高反射率。在玻璃基片上成功制备 TiSi₂ 薄膜有望开发形成一种新型低辐射镀膜玻璃。本文结合工业化在线和大面积生产的特点，以常压化学气相沉积法 研究了 TiSi₂ 在玻璃基板上生长、制备及其与性能间的关系。

1 引言 由 于氧化铝薄膜具有令人关注的优异性能，如高温稳定性、化学稳定性、低的热导率和电 导率等，目前利用化学气相沉积(CVD) 涂覆氧化铝薄膜作为耐磨涂层材料已广泛应用于硬质合金切削刀片。它在其它领域没有得到广泛应用的主要原因是这类涂层的工业规模制备需利用高温CVD 进行处理。虽然CVD 处理方法有许多优点，但其最大的缺点是在处理过程中需要高温(1000 ℃) 。 利用物理气相沉积(PVD) 溅射技术在350～600 ℃的温度范围内沉积氧化铝，是由豪泽(Hauzer)技术镀层公司开发的一种新工艺。该工艺大大拓宽了氧化铝的应用领域，低的沉积温度使它能在其它材料如高速钢和模具钢上能进行涂镀处理。 最 初，涂层的开发是在Hauzer Flexicoat 750上开展的，其后这个过程被转移到一个生产型涂镀设备HTC21000上进行。该技术的产业化转化和重新设计是与德国Tü；bingen硬质合金切削 刀具的主要供应商瓦尔特股份有限公司(Walter AG)合作进行的。

图1 复合涂层系统截面

2 工艺过程

新的涂层系统采用复合涂层技术，结合阴极电弧镀和磁控溅射，电弧层作为过渡层或为整个涂层系统提供必需的耐磨性，而氧化铝则提供高温和化学稳定性。装置的截面如图1所示。 系 统配置有几个电弧和磁控溅射阴极。零件在沉积前要加热到 工艺温度并且系统要抽至低真空度；其后，用氩离子或金属离子刻蚀清洁工件表面；接着沉积电弧层，氧化铝顶层是利用金属靶在氩和氧混合气氛中的PVD溅射沉 积所成。此外，在特殊应用中，氧化铝涂层也可以在没有底层的情况下单层使用。氧化铝涂层采用Hauzer T模式沉积技术制备而成。T模式技术是由特殊设计的溅射阴极结合优化的气体分布系统来体现其特性的，通过电磁感应圈在基体周围产生闭合磁场来提供高离化率 的等离子体，以达到涂层性能的要求。该技术的优点是处理过程易于控制，稳定性好，重复性佳，沉积速率(≥015µm/h)足以达到工业化生产中较节省的处 理时间。

3 氧化铝涂层的工业化前景

在Flexicoat 750系统开发初始工艺的基础上，此工艺被转移到工业规模的HTC21000 设备。WalterAG是在硬质合金刀片和工具的数据管理上具有主导地位的生产商，拥有长期使用豪泽设备的经验。

图2 AlTiN+氧化铝涂层横截面显微照片(1000×)

图3 HRTEM分析的AlTiN-Al2O3界面

氧 化铝涂层广泛应用于硬质合金的刀片，其优点是能降低凹坑 磨损和热破裂。氧化铝涂层通常采用CVD 方法沉积。由于沉积温度高、碳化物易脆化，致使在金属切削(主要是铣削加工)方面的应用受到限制。在实际应用中，由于新的氧化铝PVD工艺沉积温度低，可 以实现刀片的切削刃所需要的高韧性，特别是在铣削不锈钢或难加工材料时，新的氧化铝涂层与传统的PVD 涂层相比，其性能提高了2倍。 在 重新设计和产业转化过程中，选定AlTiN+氧化铝 涂层系统。氧化铝涂层工艺的优化主要体现在提高涂层的性能上，如硬度和结构，优化目标是使新涂层在铣削加工方面与目前的AlTiN涂层技术相比能获得更好 的性能。图2所示为新涂层的横截面显微照片。由图可见，在硬质合金基体材料上可清晰见到3µm厚的AlTiN 层和1µm厚的氧化铝层。 用高分辨透射电镜(HRTEM) 来研究分析AlTiN-Al₂O₃的界面。图3所示为HRTEM分析的AlTiN-Al₂O₃界面区域。由图可见，氧化铝层与面心立方(fcc)晶体AlTiN层结合良好。此外，采用掠角X光衍射(GIXRD) 和选区电子衍射(SAED) 分析氧化铝涂层的结构为纳米晶的g- 相，晶粒尺寸约为5～10nm。最初的切削试验采用标准的SP12刀片干铣42CrMo4钢，图4为新涂层刀片和AlTiN 涂层刀片的平均磨损量和最大磨损量(切削条件见图4) 。氧化铝涂层刀片比AlTiN 涂层刀片具有更好的抗热破裂和耐磨性，这在切削后的刀片照片中也可见到(见图5) 。

图5 铣完4000mm后刀片磨损对比

4 结论

新的氧化铝涂层技术已成功地应用到工业涂层设备上，工艺稳定，可重复性强。通过上述铣削加工试验，证实了新氧化铝涂层用于刀片涂镀处理的可行性，Walter在2005年汉诺威EMO展览会上展示出使用新的氧化铝涂层技术的硬质合金刀片。

Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet. 現今工業界對於沃斯田鐵型不銹鋼已廣泛的使用，而對於麻田散鐵型不銹鋼的了解及相關機械性質的可供參考數據十分的缺乏，根據統計目前機件的損壞有80%以上均是以疲勞的型式破壞。尤其當材料受反覆變化的作用力時此一類型的破壞極易產生，因其無法事先預知，如果情況一發生便容易造成莫大的損失。此時材料的疲勞強度比起彈性限重要許多。一般說來，材料的疲勞強度隨其化學成份、晶粒結構、表面處理等而異。
金屬材料熱處理後分析其疲勞強度、抗拉強度、硬度等並觀察金相組織。使用的儀器與包括：熱處理爐、CNC車床、勃氏硬度機、金相顯微鏡、MTS材料試驗機等等。所分析的材料是420J2麻田散鐵型不銹鋼，由於420J2不銹鋼其強度、硬度都比一般碳鋼高出許多，且在國內也尚未見到對420J2不銹鋼之疲勞強度作分析研究的報告。
SUS420J2不銹鋼試件經熱處理後分別為：正常化、高溫回火、低溫回火，然後對其硬度、抗拉強度、抗疲勞性與金相組織等分析。由ASTM E466規範"執行金屬材料固定振幅軸向疲勞試驗之標準程序（standard practice for conducting constant amplitude axial fatigue tests of metallic material）"主要適用於在彈性應變內的疲勞，此種疲勞壽命一般稱為高週疲勞（High Cycle Fatigue，HCF）。ASTM E606則為"固定振幅低週疲勞之標準建議程序（standard recommended practice for constant amplitude low cycle fatigue testing）"，低週疲軟牽涉到明顯程度的非彈性應變。 主要鋼種有: 1.沃斯田鐵 301 型 2.沃斯田鐵 303 型 3.沃斯田鐵 304 型 4.沃斯田鐵 316 型

Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet.在空氣中或化學腐蝕介質中能夠抵抗腐蝕的一種高合金鋼，不鏽鋼是具有美觀的表面和耐腐蝕性能好，不必經過鍍色等表面處理，而發揮不鏽鋼所固有的表面性能,使用於多方面的鋼鐵的一種，通常稱為不鏽鋼。代表性能的有13鉻鋼，18-鉻鎳鋼等高合金鋼。
從金相學角度分析，因為不鏽鋼含有鉻而使表面形成很薄的鉻膜，這個膜隔離開與鋼內侵入的氧氣起耐腐蝕的作用。
為了保持不鏽鋼所固有的耐腐蝕性，鋼必須含有12%以上的鉻。
不鏽鋼種類：
不鏽鋼可以按用途、化學成分及金相組織來大體分類。
以奧氏體系類的鋼由18%鉻-8%鎳為基本組成，各元素的加入量變化的不同，而開發各種用途的鋼種。
以化學成分分類：
①． CR系列：鐵素體系列、馬氏體系列
②． CR-NI系列：奧氏體系列，異常系列，析出硬化系列。
以金相組織的分類：
①． 奧氏體不鏽鋼
②． 鐵素體不鏽鋼
③． 馬氏體不鏽鋼
④． 雙相不鏽鋼
⑤． 沉澱硬化不鏽鋼
不鏽鋼的標識方法
鋼的編號和表示方法
①用國際化學元素符號和本國的符號來表示化學成份，用阿拉伯字母來表示成份含量：
如：中國、俄國 12CrNi3A
②用固定位數數字來表示鋼類系列或數字；如：美國、日本、300系、400系、200系；
③用拉丁字母和順序組成序號，只表示用途。
我國的編號規則
①採用元素符號
②用途、漢語拼音，平爐鋼：P、 沸騰鋼：F、 鎮靜鋼：B、甲類鋼：A、T8：特8、
GCr15：滾珠
◆合結鋼、彈簧鋼，如：20CrMnTi 60SiMn、（用萬分之几表示C含量）
◆不鏽鋼、合金工具鋼（用千分之几表示C含量），如：1Cr18Ni9 千分之一（即
0.1%C）,不鏽 C≤0.08% 如0Cr18Ni9,超低碳C≤0.03% 如0Cr17Ni13Mo
國際不鏽鋼標示方法
美國鋼鐵學會是用三位數字來標示各種標準級的可鍛不鏽鋼的。其中：
①奧氏體型不鏽鋼用200和300系列的數字標示，
②鐵素體和馬氏體型不鏽鋼用400系列的數字表示。例如，某些較普通的奧氏體不鏽鋼
是以201、 304、 316以及310為標記，
③鐵素體不鏽鋼是以430和446為標記，馬氏體不鏽鋼 是以410、420以及440C為標
記，雙相（奧氏體－鐵素體），
④不鏽鋼、沉澱硬化不鏽鋼以及含鐵量低於50%的高合金通常是採用專利名稱或商標命名。
4)．標準的分類和分級
4-1分級：
①國家標準GB
②行業標準YB
③地方標準
④企業標準Q/CB
4-2 分類：
①產品標準
②包裝標準
③方法標準
④基礎標準
4-3 標準水平（分三級）：
Y級：國際先進水平
I級：國際一般水平
H級：國內先進水平
4-4國標
GB1220-84 不鏽棒材（I級）
GB4241-84 不鏽焊接盤園（H級）
GB4356-84 不鏽焊接盤園（I級）
GB1270-80 不鏽管材（I級）
GB12771-91 不鏽焊管（Y級）
GB3280-84 不鏽冷板（I級）
GB4237-84 不鏽熱板（I級）
GB4239-91 不鏽冷帶（I級）
不鏽鋼專業名詞
通 俗地說，不鏽鋼就是不容易生鏽的鋼，實際上一部分不鏽鋼，既有不鏽性，又有耐酸性（耐蝕性）。不鏽鋼的不鏽性和耐蝕性是由於其表面上富鉻氧化膜（鈍化膜） 的形成。這種不鏽性和耐蝕性是相對的。試驗表明，鋼在大氣、水等弱介質中和硝酸等氧化性介質中，其耐蝕性隨鋼中鉻含水量的增加而提高，當鉻含量達到一定的 百分比時，鋼的耐蝕性發生突變，即從易生鏽到不易生鏽，從不耐蝕到耐腐蝕。不鏽鋼的分類方法很多。按室溫下的組織結構分類，有馬氏體型、奧氏體型、鐵素體 和雙相不鏽鋼；按主要化學成分分類，基本上可分為鉻不鏽鋼和鉻鎳不鏽鋼兩大系統；按用途分則有耐硝酸不鏽鋼、耐硫酸不鏽鋼、耐海水不鏽鋼等等，按耐蝕類型 分可分為耐點蝕不鏽鋼、耐應力腐蝕不鏽鋼、耐晶間腐蝕不鏽鋼等；按功能特點分類又可分為無磁不鏽鋼、易切削不鏽鋼、低溫不鏽鋼、高強度不鏽鋼等等。由於不 鏽鋼材具有優異的耐蝕性、成型性、相容性以及在很寬溫度範圍內的強韌性等系列特點，所以在重工業、輕工業、生活用品行業以及建筑裝飾等行業中獲取得廣氾的 應用。
奧氏體不鏽鋼：在常溫下具有奧氏體組織的不鏽鋼。鋼中含Cr約18%、Ni 8%~10%、C約0.1%時，具有穩定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不鏽鋼包括著名的18Cr-8Ni鋼和在此基礎上增加Cr、Ni含量並加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素髮展起來的高Cr-Ni系列鋼。奧氏體不鏽鋼無磁性而且具有高韌性和塑性，但強度較低，不可能通過相變使之強化，僅能通過冷加工進行強化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，則具有良好的易切削性。此類鋼除耐氧化性酸介質腐蝕外，如果含有Mo、Cu等元素還能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蝕。此類鋼中的含碳量若低於0.03%或含Ti、Ni，就可顯著提高其耐晶間腐蝕性能。高硅的奧氏體不鏽鋼濃硝酸肯有良好的耐蝕性。由於奧氏體不鏽鋼具有全面的和良好的綜合性能，在各行各業中獲得了廣氾的應用。
鐵素體不鏽鋼：在使用狀態下以鐵素體組織為主的不鏽鋼。含鉻量在11%~30%，具有體心立方晶體結構。這類鋼一般不含鎳，有時還含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素，這類鋼具導熱係數大，膨脹係數小、抗氧化性好、抗應力腐蝕優良等特點，多用於製造耐大氣、水蒸氣、水及氧化性酸腐蝕的零部件。這類鋼存在塑性差、焊后塑性和耐蝕性明顯降低等缺點，因而限制了它的應用。爐外精鍊技術（AOD或VOD）的應用可使碳、氮等間隙元素大大降低，因此使這類鋼獲得廣氾應用。
奧氏體--鐵素體雙相不鏽鋼：是奧氏體和鐵素體組織各約占一半的不鏽鋼。在含C較低的情況下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不鏽鋼的特點，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時還保持有鐵素體不鏽鋼的475℃脆性以及導熱係數高，具有超塑性等特點。與奧氏體不鏽鋼相比，強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高。雙相不鏽鋼具有優良的耐孔蝕性能，也是一種節鎳不鏽鋼。
馬氏體不鏽鋼：通過熱處理可以調整其力學性能的不鏽鋼，通俗地說，是一類可硬化的不鏽鋼。典型牌號為Cr13型，如2Cr13 ,3Cr13 ,4Cr13等。 粹火后硬度較高，不同回火溫度具有不同強韌性組合，主要用於蒸汽輪機葉片、餐具、外科手朮器械。根據化學成分的差異，馬氏體不鏽鋼可分為馬氏體鉻鋼和馬氏 體鉻鎳鋼兩類。根據組織和強化機理的不同，還可分為馬氏體不鏽鋼、馬氏體和半奧氏體（或半馬氏體）沉澱硬化不鏽鋼以及馬氏體時效不鏽鋼等。
不鏽鋼的物理化學機械特性
不鏽鋼的物理性能主要用以下幾方面來表示：
①．熱膨脹係數：因溫度變化而引起物質量度元素的變化。膨脹係數是膨脹－溫度曲線的斜率，瞬時膨脹係數是特定溫度下的斜率，兩個指定的溫度之間的平均斜率是平均熱膨脹係數。膨脹係數可以用體積或者是長度表示，通常是用長度表示。
②．密度：物質的密度是該物質單位體積的質量，單位是kg/m3或1b/in3。　
③．彈性模量：當施加力于單位長度稜住的兩端能引起物體在長度上的單位變化時，單位面積上所需的力稱為彈性模量。單位為1b/in3或N/m3。
④．電阻率：在單位長度立方體材料的兩對面之間測量的電阻，單位用Ω•m，μΩ•cm或（已廢的）Ω/(circular mil.ft)來表示。
⑤．磁導率：無量綱係數，表示物質易被磁化的程度，是磁感應強度與磁場強度之比。
⑥．熔化溫度範圍：確定合金開始凝固和凝固完了的溫度。
⑦．比熱： 單位質量的物質溫度改變1度所需要的熱量。在英制和CGs制中二者比熱的數值相同，因為熱量的單位（Biu或cal)取決于單位質量的水升高1度聽需的熱量。國際單位制中比熱的數值與英制或CGS制是不同的，因為能量的單位（J）是按不同的定義定的。比熱的單位是Btu(1b•0F)及J/（kg •k）。
⑧．熱導率：物質導熱的速率的量度。在單位截面積物質上建立單位長度上的1度的溫度梯度時，那麼熱導率定義為單位時間傳導的熱量，熱導率的單位為 Btu/(h•ft•0F)或w/(m •K)。
⑨．熱擴散率：是確定物質內部溫度前遷速率的一種性能，是熱導率對比熱和密度乘積的比值，熱擴散率單位以Btu/(h•ft•0F)或w/(m•k)表示。
不鏽鋼的性能與組織
目前已知的化學元素有100多 種，在工業中常用的鋼鐵材料中可以遇到的化學元素約二十多種。對於人們在與腐蝕現象作長期鬥爭的實踐而形成的不鏽鋼這一特殊鋼系列來說，最常用的元素有十 幾種，除了組成鋼的基本元素鐵以外，對不鏽鋼的性能與組織影響最大的元素是：碳、鉻、鎳、錳、硅、鉬、鈦、鈮、鈦、錳、氮、銅、鈷等。這些元素中除碳、 硅、氮以外，都是化學元素週期表中位於過渡族的元素。
實際上工業上應用的不鏽鋼都是同時存在幾種以至十幾種元素的，當幾種元素共存於不鏽鋼這一個統一體中時，它們的影響要比單獨存在時複雜得多，因為在這種情況下不僅要考慮各元素自身的作用，而且要注意它們互相之間的影響，因此不鏽鋼的組織決定于各種元素影響的總和。
1)．各種元素對不鏽鋼的性能和組織的影響和作用
1-1.鉻 在不鏽鋼中的決定作用：決定不鏽鋼性屬的元素只有一種，這就是鉻，每種不鏽鋼都含有一定數量的鉻。迄今為止，還沒有不含鉻的不鏽鋼。鉻之所以成為決定不鏽 鋼性能的主要元素，根本的原因是向鋼中添加鉻作為合金元素以後，促使其內部的矛盾運動向有利於抵抗腐蝕破坏的方面發展。這種變化可以從以下方面得到說明：
①鉻使鐵基固溶體的電極電位提高
②鉻吸收鐵的電子使鐵鈍化
鈍化是由於陽極反應被阻止而引起金屬與合金耐腐蝕性能被提高的現象。構成金屬與合金鈍化的理論很多，主要有薄膜論、吸附論及電子排列論。
1-2. 碳在不鏽鋼中的兩重性
碳是工業用鋼的主要元素之一，鋼的性能與組織在很大程度上決定于碳在鋼中的含量及其分布的形式，在不鏽鋼中碳的影響尤為顯著。碳在不鏽鋼中對組織的影響主要表現在兩方面，一方面碳是穩定奧氏體的元素，並且作用的程度很大（約為鎳的30倍），另一方面由於碳和鉻的親和力很大，與鉻形成—系列複雜的碳化物。所以，從強度與耐腐燭性能兩方面來看，碳在不鏽鋼中的作用是互相矛盾的。
認識了這一影響的規律，我們就可以從不同的使用要求出發，選擇不同含碳量的不鏽鋼。
例如工業中應用最廣氾的，也是最起碼的不鏽鋼——0Crl3～4Cr13這五個鋼號的標準含鉻量規定為12～14％，就是把碳要與鉻形成碳化鉻的因素考慮進去以後才決定的，目的即在於使碳與鉻結合成碳化鉻以後，固溶體中的含鉻量不致低於11.7％這一最低限度的含鉻量。
就這五個鋼號來說由於含碳量不同，強度與耐腐蝕性能也是有區別的，0Cr13～2Crl3鋼的耐腐蝕性較好但強度低於3Crl3和4Cr13鋼，多用於製造結構零件，后兩個鋼號由於含碳較高而可獲得高的強度多用於製造彈簧、刀具等要求高強度及耐磨的零件。又如為了克服18－8鉻鎳不鏽鋼的晶間腐蝕，可以將鋼的含碳量降至0.03％以下，或者加入比鉻和碳親和力更大的元素（鈦或鈮），使之不形成碳化鉻，再如當高硬度與耐磨性成為主要要求時，我們可以在增加鋼的含碳量的同時適當地提高含鉻量，做到既滿足硬度與耐磨性的要求，又兼顧—定的耐腐蝕功能，工業上用作軸承、量具與刃具有不鏽鋼9Cr18和9Cr17MoVCo鋼，含碳量雖高達0.85～0.95％，由於它們的含鉻量也相應地提高了，所以仍保証了耐腐蝕的要求。
總的來講，目前工業中獲得應用的不鏽鋼的含碳量都是比較低的，大多數不鏽鋼的含碳量在0.1～0.4％之間，耐酸鋼則以含碳0.1～0.2％的居多。含碳量大於0.4％的不鏽鋼僅占鋼號總數的一小部分，這是因為在大多數使用條件下，不鏽鋼總是以耐腐蝕為主要目的。此外，較低的含碳量也是出於某些工藝上的要求，如易於焊接及冷變形等。
1-3. 鎳在不鏽鋼中的作用是在與鉻配合后才發揮出來的
鎳是優良的耐腐蝕材料，也是合金鋼的重要合金化元素。鎳在鋼中是形成奧氏體的元素，但低碳鎳鋼要獲得純奧氏體組織，含鎳量要達到24％；而只有含鎳27％時才使鋼在某些介質中的耐腐蝕性能顯著改變。所以鎳不能單獨構成不鏽鋼。但是鎳與鉻同時存在於不鏽鋼中時，含鎳的不鏽鋼卻具有許多可貴的性能。
基於上面的情況可知，鎳作為合金元素在不鏽鋼中的作用，在於它使高鉻鋼的組織發生變化，從而使不鏽鋼的耐腐蝕性能及工藝性能獲得某些改善。
1-4. 錳和氮可以代替鉻鎳不鏽鋼中鎳
鉻鎳奧氏體鋼的優點雖然很多，但近几十年來由於鎳基耐熱合金與含鎳20％以下的熱強鋼的大量發展與應用，以及化學工業日益發展對不鏽鋼的需要量越來越大，而鎳的礦藏量較少且又集中分布在少數地區，因此在世界範圍內出現了鎳在供和需方面的矛盾。所以在不鏽鋼與許多其他合金領域（如大型鑄鍛件用鋼、工具鋼、熱強鋼等）中，特別是鎳 的資源比較缺乏的國家，廣氾地開展了節鎳和以其他元素代鎳的科學研究與生產實踐，在這方面研究和應用比較多的是以錳和氮來代替不鏽鋼與耐熱鋼中的鎳。
錳對於奧氏體的作用與鎳相似。但說得確切一些，錳的作用不在於形成奧氏體，而是在於它降低鋼的臨界淬火速度，在冷卻時增加奧氏體的穩定性，抑制奧氏體的分解，使高溫下形成的奧氏體得以保持到常溫。在提高鋼的耐腐蝕性能方面，錳的作用不大，如鋼中的 含錳量從0到10．4%變化，也不使鋼在空氣與酸中的耐腐蝕性能發生明顯的改變。這是因為錳對提高鐵基固溶體的電極電位的作用不大，形成的氧化膜的防護作用也很低，所以工業上雖有以錳合金化的奧氏體鋼（如40Mn18Cr4,50Mn18Cr4WN、ZGMn13鋼等），但它們不能作為不鏽鋼使用。 錳在鋼中穩定奧氏體的作用約為鎳的二分之一，即2％的氮在鋼中的作用也是穩定奧氏體，並且作用的程度比鎳還要大。例如，欲使含18％鉻的鋼在常溫下獲得奧氏體組織，以錳和氮代鎳的低鎳不鏽鋼與元鎳的鉻錳氮不誘鋼，目前已在工業中獲得應用，有的已成功地代替了經典的18-8鉻鎳不鏽鋼。
1-5.不鏽鋼中加鈦或鈮是為了防止晶間腐蝕。
1-6.鉬和銅可以提高某些不鏽鋼的耐腐蝕性能。
1-7.其他元素對不鏽鋼的性能和組織的影響
以 上主要的九種元素對不鏽鋼的性能和組織的影響，除這些元素對不鏽鋼性能與組織影響較大的元素以外，不鏽鋼中還含有一些其他的元素。有的是和一般鋼一樣為常 存雜質元素，如硅、硫、磷等．也有的是為了某些特定的目的而加入的，如鈷、硼、硒、稀土元素等。從不鏽鋼的耐腐蝕性能這一主要性質來說，這些元素相對於已 討論的九種元素，都是非主要方面的，雖然如此，但也不能完全忽略，因為它們對不鏽鋼的性能與組織同樣也發生影響。
硅是形成鐵素體的元素，在一般不鏽鋼中為常存雜質元素。
鈷作為合金元素在鋼中應用不多，這是因為鈷的價格高及其在其它方面（如高速鋼、硬質合金、鈷基耐熱合金、磁鋼或硬磁合金等）有著更重要的用途。在一般不鏽鋼中加鈷作合金元素的也不多，常用不鏽鋼如9Crl7MoVCo鋼（含1.2-1.8％鈷）加鈷，目的並不在於提高耐腐蝕性能而在於提高硬度，因為這種不鏽鋼的主要用途是製造切片機械刃具、剪刀及手朮刀片等。
硼：高鉻鐵素體不鏽鋼Crl7Mo2Ti鋼中加0．005％硼，可使在沸騰的65％醋酸中的耐腐蝕性能提高。加微量的硼（0.0006～0.0007％）可使奧氏體不鏽鋼的熱態塑性改善。少量的硼由於形成低熔點共晶體，使奧氏體鋼焊接時產生熱裂紋的傾向增大，但含有較多的硼（0．5～0．6％）時，反而可防止熱裂紋的產生。因為當含有0．5～0．6％ 的硼時，形成奧氏體－硼化物兩相組織，使焊縫的熔點降低。熔池的凝固溫度低於半溶化區時，母材在冷卻時產生的張應力，由處於液態．固態的焊縫金屬承受，此 時是不致引起裂縫的，即使在近縫區形成了裂紋，也可以為處於液態－固態的熔池金屬所填充。含硼的鉻鎳奧氏體不鏽鋼在原子能工業中有著特殊的用途。
磷：在一般不鏽鋼中都是雜質元素，但其在奧氏體不鏽鋼中的危害性不像在一般鋼中那樣顯著，故含量可允許高一些，如有的資料提出可達0．06％，以利於冶煉控制。個別的含錳的奧氏體鋼的含磷量可達0．06％（如2Crl3NiMn9鋼）以至0.08％（如Cr14Mnl4Ni鋼）。利用磷對鋼的強化作用，也有加磷作為時效硬化不鏽鋼的合金元素，PH17－10P鋼(含0．25％磷)乃PH－HNM鋼（含0．30磷）等。
硫和硒：在一般不鏽鋼中也是常有雜質元素。但向不鏽鋼中加0．2～0．4％的硫，可提高不鏽鋼的切削性能，硒也具有同樣的作用。硫和硒提高不鏽鋼的切削性能，是因為它們降低不鏽鋼的韌性，例如一般18－8鉻鎳不鏽鋼的衝擊值可達30公斤/釐米2。含0．31％硫的18－8鋼（0．084％C、18．15％Cr、9．25％Ni）的衝擊值為1．8公斤/平方釐米；含0。22％硒的18－8鋼（0．094％C、18．4％Cr、9％Ni）的衝擊值為3．24公斤/平方釐米。硫與硒均降低不鏽鋼的耐腐蝕性能，所以實際應用它們作為不鏽鋼的合金化元素的很少。
稀土元素：稀土元素應用於不鏽鋼，目前主要在於改善工藝性能方面。如向Crl7Ti鋼和Cr17Mo2Ti鋼中加少量的稀土元素，可以消除鋼錠中因氫氣引起的氣泡和減少鋼坯中的裂紋。奧氏體和奧氏體－鐵素體不鏽鋼中加0．02～0．5％的稀土元素（鈰鑭合金），可顯著改善鍛造性能。曾有一種含19．5%鉻、23％鎳以及鉬銅錳的奧氏體鋼，由於熱加工工藝性能在過去只能生產鑄件，加稀土元素后則可軋製成各種型材。
2)．按金相組織對不鏽鋼的分類及各類不鏽鋼的一般特點
按化學成分（主要是含鉻量）及用途，不鏽鋼分為不鏽與耐酸兩大類。工業上還按自高溫（900-1100度）加熱空氣冷卻后鋼的基體組織的類型對不鏽鋼進行分類，這是基於我們上面所討論的碳及合金元素對不鏽鋼組織影響的特點決定的。
工業上應用的不鏽鋼按金相組織可分為三大類：鐵素體不鏽鋼，馬氏體不鏽鋼，奧氏體不鏽鋼。可以把這三類不鏽鋼的特點歸納(如下表)，但需要說明的是馬氏體不鏽鋼並不是都不可焊接，只是受某些條件的限制，如焊前應預熱焊后應作高溫回火等，而使焊接工藝比較複雜。實際生產中一些馬氏體不鏽鋼如1Cr13,2Cr13以及2Cr13與45鋼焊接還是比較多的。
不鏽鋼的分類、主要成分及性能比較
分類 大概成分 （%） 淬火性 耐蝕性 加工性 可焊接性 磁性
C Cr Ni
鐵素體系 0．35以下 16-27 - 無 佳 尚佳 尚可 有
馬氏體系 1．20以下 11-15 - 自硬性 可 可 不可 有
奧氏體系 0．25以下 16以上 7以上 無 優 優 優 無
以上分類僅是按鋼的基體組織分的，由於鋼中穩定奧氏體及形成鐵素體的元素的作用不能互相平衡，以及由於大量的鉻使平衡圖S點左移，工業中應用的不鏽鋼的組織除了上面講的三種基本類型以外，還有馬氏體—鐵素體，奧氏體－鐵素體，奧氏體－馬氏體等過渡型的復相不鏽鋼，以及具有馬氏體－碳化物組織的不鏽鋼。
2-1.鐵素體鋼
含鉻大於14％的低碳鉻不鏽鋼，含鉻大干

Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet.Eine Gasturbine ist eine kontinuierlich von Gas durchströmte Verbrennungskraftmaschine (Strömungsmaschine). Das Wirkungsprinzip beruht auf dem Kreisprozess (Joule-Prozess), den James Prescott Joule erdacht hatte. Dieser komprimiert über die Beschaufelung einer oder mehrerer Verdichterstufen Luft, mischt diese anschließend in der Brennkammer mit einem gasförmigen oder flüssigen Treibstoff, zündet und verbrennt. Außerdem wird die Luft zur Kühlung eingesetzt. So entsteht ein Heißgas (Mischung aus Verbrennungsgas und Luft): das entspannt im nachfolgenden Turbinenteil, wobei sich thermische in mechanische Energie wandelt und zunächst den Verdichter antreibt. Der verbleibende Anteil wird beim Wellentriebwerk zum Antrieb eines Generators, eines Propellers, eines Rotors, eines Kompressors oder einer Pumpe verwendet. Beim Strahltriebwerk dagegen beschleunigt die thermische Energie den heißen Gasstrom, was den Schub erzeugt.

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球铁是近40年来我国发展起来的重要铸造金属材料。由于球状石墨造成的应力集中小，对基体的割裂作用也较小，故球铁的抗拉强度，塑性和韧性均高于其他铸铁。与相应组织的钢相比，塑性低于钢，疲劳强度接近一般中碳钢，屈强比可达0 7～0 8，几乎是一般碳钢的2倍，而成本比钢低，因此其应用日趋广泛。