Нитрид титана что это

Нитрид титана — бинарное химическое соединение титана с азотом. Представляет собой фазу внедрения с широкой областью гомогенности, которая составляет от 14,8 до 22,6 масс. % азота, что можно обозначить брутто-формулами от TiN0,60 до TiN1,0 соответственно [1] .

Физические свойства

Нитрид титана представляет собой порошок желто-коричневого цвета, а в компактном состоянии приобретает золотистую окраску. Имеет кубическую гранецентрированную решётку типа NaCl, пространственная группа Fm3m, с периодом а = 0,4235 нм.

• Удельное электрическое сопротивление 40 мкОм∙см
• Коэффициент линейного теплового расширения 9,35∙10 −6 1/K (25-1100 °C)
• Микротвердость 2050 кг/мм 2
• Модуль упругости 25600 кг/мм 2 [2]

Получение

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

• Непосредственным насыщением титана азотом:

• Взаимодействием тетрахлорида титана со смесью азота и водорода:

• Разложением аминохлоридов титана:

• Восстановлением оксида титанауглеродом в среде азота:

• Синтезом в плазме:

• Самораспространяющимся высокотемпературным синтезом:

Химические свойства

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

Покрытие нитридом титана, как имитация золочения. Какие детали можно покрывать?

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] .

Применение

Купол Соборного храма во имя Богоявления Господня Ниловой пустыни, покрытый нитридом титана.

Особенности покрытия инструмента нитрид титаном

Применяется как жаропрочный материал, в частности из него делают тигли для бескислородной плавки металлов. В металлургии это соединение встречается в виде относительно крупных (единицы и десятки микрон) неметаллических включений в сталях, легированных титаном. Такие включения имеют, как правило, форму квадратов и прямоугольников, их легко идентифицировать методом металлографического анализа. Такие крупные частицы нитрида титана, образующиеся из расплава, приводят к ухудшению качества литого металла. Нитрид титана используется для создания износостойких покрытий (в частности, для зубных протезов жёлтого «под золото» цвета), используется в микроэлектронике в качестве диффузионного барьера совместно с медной металлизацией и др.

Нитрид титана применяется ещё и как износостойкое и декоративное покрытие. Изделия, покрытые им, по внешнему виду не отличаются от золота и могут иметь различные оттенки, в зависимости от соотношения металла и азота в соединении. Нанесение нитрида титана производится в специальных камерах термодиффузионным методом. При высокой температуре титан и азот реагируют вблизи поверхности покрываемого изделия и диффундируют в саму структуру металла.

См. также

Примечания

1. ↑ 123Самсонов Г. В. Нитриды. — Наукова думка, 1969. — С. 133-158. — 380 с.
2. ↑Самсонов Г. В., Виницкий И. М. Тугоплавкие соединения (справочник). — Металлургия, 1976. — С. 560.
3. ↑ 12Лучинский Г. П. Химия титана. — Химия, 1971. — С. 168-170. — 472 с.
4. ↑Краснокутский Ю. И., Верещак В. Г. Получение тугоплавких соединений в плазме. — Вища шк., 1987. — С. 134-139. — 200 с.
5. ↑Степанчук А. Н., Билык И. И., Бойко П. А. Технология порошковой металлургии. — Выща шк., 1985. — С. 169-170. — 415 с.

Источник: dic.academic.ru

Покрытие нитридом титана стали. Порошковая технология

Для покрытия материалов в наше время используется целый комплекс разных технологий. Есть технологии вакуумного покрытия, электронно-протонного излучения, высокотемпературный синтез и многие другие.

Покрытие стали нитридом титана

В современном мире все более популярными становятся «золоченые» декоративные украшения и изделия. В промышленности это упрочнение (напыление) инструментов и деталей нитридом титана. Данный химический элемент обладает как внешним декоративным видом, так и ценными эксплуатационными качествами — высокой твердостью, стойкостью и химической инертностью. В промышленности нанесение покрытия нитридом титана осуществляется:

1. Методом осаждения в вакуумных установках. Он реализуется разными способами — ионное осаждение, система конденсации в плазменной фазе и распыление в магнетронных установках: PVD (Physical Vapour Deposition), или ФОП-технология.
2. Метод химического осаждения: CVD (Chemical Vapour Deposition), или ХОП-технология.
3. Плазменное напыление в СВЧ-плазмотронах.
4. СВС-технология (самораспространяющийся высокотемпературный синтез).

Покрытие стали нитридом титана по методам осаждения дает хорошие результаты по качеству, но требует технически сложных установок (вакуумных, парогазовых) в промышленных предприятиях. Кроме того, это требует специфического оборудования, материалов и промышленных газов (например, азота). К тому же в гальванических цехах образуются ядовитые отходы.

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.

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.

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.

Преимущества материалов, покрытых нитридом титана

К ним относятся:

• значительная сопротивляемость механическим повреждениям;
• разнообразные цвета покрытий;
• функциональная долговечность;
• экологичность инновационного производства;
• удобство и легкость в работе;
• применяется во многих сферах производства, от украшений (золочения) куполов церквей до производства сувениров.

Можно утверждать, что в производстве цена покрытия из нитрида титана намного ниже, чем в других производствах, где требуется золотое напыление. К примеру, один квадратный метр листа из нержавейки с «золочением» обойдется приблизительно в 2,5 тыс. рублей. Покрытие TiN не тускнеет, защищает материал от ржавчины. Срок службы оболочки нитрида титана значительно дольше. Такое соединение устойчиво к температурам в 800 градусов.

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.

Источник: fb.ru

Нитрид титана — Titanium nitride

Нитрид титана (TiN ; иногда известный как тинит ) — чрезвычайно твердый керамический материал, часто используемый в качестве покрытия на титановых сплавах, стали, карбид и алюминий для улучшения свойств поверхности подложки.

Нанесенный в виде тонкого покрытия, TiN используется для упрочнения и защиты режущих и скользящих поверхностей, в декоративных целях (благодаря своему золотистому виду) и в качестве нетоксичного внешнего покрытия для медицинских имплантатов. В большинстве случаев применяется покрытие толщиной менее 5 микрометров (0,00020 дюйма).

• 1 Характеристики
• 2 Использование
• 3 Изготовление
• 4 Другие коммерческие варианты
• 5 Как компонент при производстве стали
• 6 Естественное происхождение
• 7 Ссылки

Характеристики

TiN имеет твердость по Виккерсу 1800–2100, модуль упругости 251 ГПа, коэффициент теплового расширения 9,35 × 10 К, а температура сверхпроводящего перехода 5,6 К.

TiN становится сверхпроводящим при криогенных температурах, с критической температурой до 6,0 K для монокристаллы. Сверхпроводимость в тонкопленочном TiN широко изучалась, при этом сверхпроводящие свойства сильно варьируются в зависимости от приготовления образца, вплоть до полного подавления сверхпроводимости на переходе сверхпроводник-изолятор. Тонкая пленка TiN была охлаждена почти до абсолютного нуля, что превратило ее в первый известный суперизолятор с внезапным увеличением сопротивления в 100000 раз.

Использование

Сверло с покрытием TiN Темно-серое покрытие TiCN на карманном ноже Gerber

Широко известное применение покрытия TiN — удержание кромок и устойчивость к коррозии на станках, например сверла и фрезы, часто увеличивающие их срок службы в три или более раз.

Из-за металлического золотого цвета TiN его используют для покрытия костюма украшения и автомобильная отделка в декоративных целях. TiN также широко используется в качестве верхнего слоя покрытия, обычно с подложками, покрытыми никелем (Ni) или хромом (Cr), на бытовой сантехнике и дверной фурнитуре. В качестве покрытия он используется в аэрокосмической и военной промышленности, а также для защиты скользящих поверхностей подвески вилок велосипедов и мотоциклов. в качестве ударных валов радиоуправляемых автомобилей . TiN не токсичен, соответствует требованиям FDA и был использован в медицинских устройствах, таких как скальпель лезвия и ортопедические лезвия для пилы для кости, где важны острота и устойчивость края. Покрытия из TiN также использовались в имплантированных протезах (особенно имплантатах для замены тазобедренного сустава ) и других медицинских имплантатах.

Хотя и менее заметны, тонкие пленки TiN также используются в микроэлектронике, где они служат проводящим соединением между активным устройством и металлические контакты, используемые для управления схемой, одновременно действуя как диффузионный барьер, блокирующий диффузию металла в кремний. В этом контексте TiN классифицируется как «барьерный металл» (удельное электрическое сопротивление ~ 25 мкОм · см), хотя он явно является керамикой с точки зрения химии или механических свойств.. В недавней разработке микросхем по технологии 45 нм и выше также используется TiN в качестве «металла» для улучшения характеристик транзистора. В сочетании с диэлектриками затвора (например, HfSiO), которые имеют более высокую диэлектрическую проницаемость по сравнению со стандартным SiO 2, длина затвора может быть уменьшена с низкой утечкой, более высокий ток возбуждения и такое же или лучшее пороговое напряжение. Кроме того, тонкие пленки TiN в настоящее время рассматриваются для покрытия циркониевых сплавов для.

Благодаря своей высокой биостойкости слои TiN также могут использоваться в качестве электродов в биоэлектронных приложениях как в интеллектуальных имплантатах или in-vivo биосенсорах, которые должны выдерживать сильную коррозию, вызываемую биологическими жидкостями. Электроды из TiN уже применялись в проекте субретинального протезирования, а также в биомедицинских микроэлектромеханических системах (BioMEMS ).

Производство

Пуансоны с покрытием из нитрида титана (TiN) с использованием техники катодно-дугового осаждения

Наиболее распространенными методами создания тонкой пленки TiN являются физическое осаждение из паровой фазы (PVD, обычно напыление, катодно-дуговое осаждение или электронно-лучевое напыление ) и химическое осаждение из паровой фазы (CVD). В обоих методах чистый титан сублимируется и реагирует с азотом в высокоэнергетической вакуумной среде.

Пленка TiN также может быть получена на заготовках из Ti путем реактивного роста (например, отжиг ) в атмосфере азота. PVD является предпочтительным для стальных деталей, поскольку температуры осаждения превышают температура аустенизации стали. Слои TiN также напыляются на различные материалы с более высокой температурой плавления, такие как нержавеющие стали, титан и титановые сплавы. Его высокий модуль Юнга (значения от 450 до 590 ГПа сообщаются в литературе) означает, что толстые покрытия имеют тенденцию отслаиваться, что делает их гораздо менее прочными, чем тонкие. Покрытия из нитрида титана также могут быть нанесены с помощью термического напыления, тогда как порошки TiN производятся путем азотирования титана азотом или аммиаком при 1200 ° C.

Объемные керамические изделия могут быть изготовлены путем упаковки порошкообразного металла. Придать титану желаемую форму, сжать его до нужной плотности, а затем поджечь в атмосфере чистого азота. Тепла, выделяемого при химической реакции между металлом и газом, достаточно для спекания продукта реакции нитрида в твердое готовое изделие. См. порошковая металлургия.

Другие коммерческие варианты

Нож с покрытием из оксинитрида титана

Существует несколько коммерчески используемых вариантов TiN, которые были разработаны с 2010 года, такие как нитрид углерода титана (TiCN), нитрид титана-алюминия (TiAlN или AlTiN) и нитрид титана-алюминия-углерода, которые могут использоваться индивидуально или в виде чередующихся слоев с TiN. Эти покрытия предлагают аналогичные или превосходные улучшения коррозионной стойкости и твердости, а также дополнительные цвета от светло-серого до почти черного, до темного переливающегося синевато-пурпурного в зависимости от точного процесса нанесения. Эти покрытия становятся обычным явлением для спортивных товаров, в частности, ножей и пистолетов, где они используются как по косметическим, так и по функциональным причинам.

В качестве компонента при производстве стали

нитрид титана также намеренно производится в некоторых сталях путем разумного добавления титана в сплав . TiN образуется при очень высоких температурах из-за очень низкой энтальпии образования, и даже зарождается непосредственно из расплава при вторичном производстве стали. Он образует дискретные кубические микрометровые частицы на границах зерен и тройных точках и предотвращает рост зерен за счет созревания Оствальда до очень высокие гомологические температуры. Нитрид титана имеет наименьшее произведение растворимости любого нитрида или карбида металла в аустените, что является полезным признаком в формулах микролегированной стали.

Природное происхождение

Осборнит — очень редкая природная форма нитрида титана, обнаруживаемая почти исключительно в метеоритах.

Источник: ru.wikibrief.org

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.

Услуги

• Хромирование
• Галерея работ
• Вакуумная металлизация
• Реставрация церковной утвари
• Меднение
• Никелирование
• Хромирование деталей
• Восстановление отражателей фар
• Гальванопластика
• Услуги Гальванического цеха
• Покрытие Олово-Висмут
• Покрытие нитрид титана
• Твёрдый хром
• Порошковая покраска дисков
• Покрытия TiN, ZrN, TiCN, TiC, CrN, AlTiN, ZrAlN, ZrCN, TiO
• Напыление серебра
• Консервация монет
• Многоразовые трёхслойные маски с напылением серебра 99,99
• Электроплазменная полировка

Источник: hrom-prom.ru