1、定義
工業涂層用鈦圓柱靶是一種專為工業表面強化需求設計的實心圓柱形高純鈦濺射靶材，通過物理氣相沉積（PVD）工藝在機械部件、工具或模具表面形成鈦基功能涂層（如TiN、TiAlN、TiCN等）。其核心目標是通過超硬、耐磨、耐腐蝕的薄膜提升工業部件的使用壽命和性能。
2、性能特點
高純度適配性：純度≥99.95%（3N5級），針對不同涂層需求可調整雜質含量（如Al、Si摻雜用于TiAlN涂層）。
超高致密度：密度≥4.5 g/cm3，減少濺射顆粒飛濺，避免涂層出現針孔或剝落。
高溫穩定性：熔點1668°C，可在高功率濺射（≤20 W/cm2）下長期運行，適合工業化連續生產。
高導熱性：復合銅/鉬背板設計，散熱效率達200-300 W/m·K，防止靶材局部過熱開裂。
幾何精度：圓柱度≤0.05 mm，直徑公差±0.1 mm，確保涂層厚度均勻性（±5%以內）。
3、材質與制造工藝
材質：
基材：高純鈦（ASTM Grade 1/2），純度3N5（99.95%）至4N（99.99%）。
復合結構：鈦圓柱體與銅/鉬背板真空擴散焊接（結合強度≥250 MPa）。
制造工藝：
原料提純：電子束熔煉（EBM）去除揮發性雜質（如Mg、Cl）。
塑性加工：熱鍛（1100°C）→多向軋制→退火（消除殘余應力）。
精密加工：
數控車床成型（直徑50-400 mm，長度200-1500 mm）。
表面鏡面拋光（Ra≤0.4 μm），端面平面度≤0.02 mm。
復合焊接：鈦-銅界面采用真空熱壓焊（溫度800°C，壓力50 MPa，時間2小時）。
4、執行標準
| 標準類型 | 具體標準 |
| 國際標準 | ASTM B348（鈦及鈦合金棒材）、ISO 5832-2（外科植入物用鈦材參考） |
| 行業規范 | VDI 3198（PVD涂層硬度與結合強度測試）、DIN EN ISO 1463（涂層厚度測量） |
| 國內標準 | GB/T 3620.1（鈦及鈦合金牌號）、JB/T 8554（刀具涂層技術條件） |
5、應用領域
切削工具：硬質合金刀具的TiAlN涂層（硬度≥3000 HV，耐溫800°C）。
模具表面：注塑模具的TiCN涂層（摩擦系數≤0.3，延長脫模壽命3-5倍）。
機械部件：液壓桿的CrTiN涂層（耐鹽霧腐蝕≥1000小時）。
航空航天：發動機葉片的熱障涂層（Y?O?穩定ZrO?+鈦粘結層）。
能源設備：海洋平臺部件的TiMoN涂層（抗海水腐蝕+防生物附著）。
6、與其他工業涂層靶材的異同對比
| 特性 | 鈦圓柱靶 | 鈦合金靶（Ti6Al4V） | 純鉻靶 | 碳化鎢靶 |
| 涂層類型 | TiN、TiAlN、TiCN | TiAlN（含Al偏析風險） | CrN、CrAlN | WC-Co、DLC |
| 硬度（HV） | 2000-3500 | 1800-2800 | 1600-2200 | 2500-4000 |
| 耐溫性 | ≤800°C（氧化前） | ≤600°C（Al元素易氧化） | ≤500°C | ≤1000°C（惰性環境） |
| 成本 | 中高（￥800-1500/kg） | 中等（￥600-1000/kg） | 低（￥400-800/kg） | 極高（￥3000-5000/kg） |
| 適用場景 | 通用工業耐磨/防腐涂層 | 輕型工具涂層 | 防腐裝飾涂層 | 超硬切削/極端磨損環境 |
7、選購方法與注意事項
選購方法
涂層性能匹配：
根據需求選擇靶材純度等級：
3N5級：常規耐磨涂層（TiN）。
4N級：高溫抗氧化涂層（TiAlN）。
微觀結構驗證：
SEM檢測晶粒尺寸（≤50 μm），EDS分析Al/C等摻雜元素的分布均勻性。
復合結構檢測：
超聲波探傷（UT）檢查鈦-背板界面結合質量（缺陷面積≤0.1%）。
供應商評估：
優先選擇具備 EBM熔煉+真空擴散焊 一體化工藝的廠商（如日本東曹、德國Plansee）。
注意事項
安裝調試：
首次使用前需 氬離子清洗 靶面（功率5 W/cm2，時間30分鐘），去除表面氧化層。
濺射氣壓控制在 0.2-0.4 Pa（Ar/N?混合氣體比例根據涂層類型調整）。
工藝優化：
TiN涂層：氮氣流量占比40%-60%，基片溫度200-400°C。
TiAlN涂層：鋁摻雜靶需同步使用Al靶共濺射，功率比（Ti:Al ）3:1。
維護與報廢：
定期翻轉靶材（每100小時工作后旋轉120°），剩余厚度<10%時需更換。
報廢靶材可重熔再生，但需控制O增量（再生靶O含量≤500 ppm）。
工業涂層用鈦圓柱靶憑借其高純度、優異熱管理能力和適配多種復合涂層的靈活性，成為機械強化領域的核心材料。相較于純鉻靶，其耐磨性更優；相較于碳化鎢靶，成本顯著降低且工藝兼容性更廣。選購時需根據具體涂層類型（如TiN、TiAlN）選擇靶材純度與復合結構，并嚴格驗證微觀均勻性。使用中需優化濺射氣體比例與基片溫度，同時定期維護靶材以延長壽命，最終實現工業部件壽命提升與生產成本控制的平衡。
